tesis
161
UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA CURSOS ESPECIALES DE GRADO EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL GAS NATURAL VEHICULAR COMO UNA ALTERNATIVA ENERGÉTICA PARA DISMINUIR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR EMISIONES PELIGROSAS. Presentado por: RILIMAR CÁCERES ISABELLA MARIANA MALLÓN MARÍN Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de Oriente como requisito parcial para optar al título de: INGENIERO QUÍMICO Puerto La Cruz, abril de 2011
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UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
CURSOS ESPECIALES DE GRADO
EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL GAS NATURAL VEHICULAR COMO UNA ALTERNATIVA
ENERGÉTICA PARA DISMINUIR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR EMISIONES PELIGROSAS.
Presentado por: RILIMAR CÁCERES
ISABELLA MARIANA MALLÓN MARÍN
Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de Oriente como requisito
parcial para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO
Puerto La Cruz, abril de 2011
UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
CURSOS ESPECIALES DE GRADO
EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL GAS NATURAL VEHICULAR COMO UNA ALTERNATIVA ENERGÉTICA PARA DISMINUIR
LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR EMISIONES PELIGROSAS.
Ing. Isvelia Avendaño Asesor académico
Puerto La Cruz, abril de 2011
RESOLUCIÓN
De acuerdo al artículo 41 del reglamento de trabajos de grado:
“LOS TRABAJOS DE GRADO SON DE EXCLUSIVA PROPIEDAD DE
LA UNIVERSIDAD DE ORIENTE Y SÓLO PODRÁN SER UTILIZADOS A
OTROS FINES CON EL CONSENTIMIENTO DEL CONSEJO DE NÚCLEO
RESPECTIVO, EL CUAL PARTICIPARÁ AL CONSEJO UNIVERSITARIO”
iii
RESUMEN
El Gas Natural Vehicular (GNV) es el combustible más económico que
se conoce, ya que no requiere refinación como la gasolina. Desde el año
2006 en Venezuela se está reconsiderando el GNV como combustible
alternativo, para proporcionar al usuario un sistema alterno de combustible
económicamente atractivo y menos contaminante. Esta iniciativa obedece a
un programa inscrito en las políticas públicas energéticas del Estado
venezolano, que impulsa el uso racional de los combustibles líquidos
destinados al mercado interno. En este trabajo, se realizo un estudio sobre la
situación actual de Venezuela con el uso de GNV como combustible con
respecto a los demás países del mundo, resultando que el país cuenta con
las mayores reservas probadas de gas en Latinoamérica y como octavo a
nivel mundial, para este año se cuenta con 64.818 vehículos convertidos
transitando en el territorio nacional y 134 estaciones de servicio
aproximadamente; cifra que indica que un pequeño porcentaje de la
población usa el gas, ya que más de 7 millones de automóviles usan la
gasolina como combustible preferencial. Siguiendo las expectativas de los
países pioneros en la utilización del gas como combustible automotor,
Venezuela cuenta con tecnología de punta para realizar el proceso de
conversión de los vehículos al sistema dual (gasolina-GNV), esta tecnología
se denomina quinta generación o presión positiva y trae beneficios como
menor pérdida de potencia en el motor, ahorro de combustible y menos
emisiones contaminantes en comparación con la tecnología de tercera
generación. Para evaluar la factibilidad del uso del GNV se estudiaron las
propiedades físicoquímicas tanto de la gasolina como del combustible
gaseoso, resultando que el GNV proporciona una mayor relación de
compresión y un mayor octanaje y poder calorífico, lo que hace al
iv
combustible alterno más atractivo que el combustible liquido desde el punto
de vista de eficiencia y seguridad. Con respecto a las emisiones de escape,
el GNV resulta mucho menos contaminante que los combustibles fósiles
como la gasolina y el diesel, debido a que este está compuesto
principalmente por metano, que es un gas por naturaleza y por ende le
permite mezclarse más fácilmente con el aire para formar mezclas
homogéneas, que al quemarse resultan más inocuas que las originadas por
los carburantes líquidos.
v
TABLA DE CONTENIDO
RESOLUCIÓN ................................................................................................ iii
RESUMEN......................................................................................................iv
TABLA DE CONTENIDO ................................................................................vi
CAPÍTULO 1................................................................................................... 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................. 1
1.1 Introducción........................................................................................... 1
1.2 Descripción del problema ...................................................................... 2
1.3 Aportes de la investigación.................................................................... 4
1.4 Alcance.................................................................................................. 4
1.5. Objetivos .............................................................................................. 5
1.5.1 Objetivo general.............................................................................. 5
1.5.2 Objetivos específicos...................................................................... 5
CAPÍTULO 2................................................................................................... 5
MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 5
2.1 Antecedentes ........................................................................................ 5
2.2 Gas natural............................................................................................ 6
2.2.1. Origen ............................................................................................ 6
2.2.2. Concepto ....................................................................................... 7
2.2.3. Composición básica....................................................................... 8
2.2.4. Tipos de Yacimientos................................................................... 10
2.2.5. Características del gas natural .................................................... 12
2.2.6 Procesamiento y tratamiento del gas natural................................ 13
2.2.7. Producción, recolección y acondicionamiento del gas natural..... 16
2.2.8. Principales usos del gas natural .................................................. 19
2.2.9. Reservas de gas natural en Venezuela y en el mundo................ 22
2.3. Gas natural vehicular.......................................................................... 24
vi
2.4. Proyecto autogas ............................................................................... 28
2.4.1. ¿Porque el relanzamiento del gas natural vehicular en
Venezuela?............................................................................................ 28
2.4.2. Situación del proyecto AUTOGAS ............................................... 29
2.4.3. Beneficios del GNV...................................................................... 29
2.4.4. Tipos de vehículos que operan con GNV .................................... 29
2.4.4.1. Vehículo dedicado................................................................. 30
2.4.4.2. Vehículo dual diesel-GNV ..................................................... 30
2.4.4.3. Vehículo dual gasolina-GNV ................................................. 30
2.4.5. Proceso de pre-conversión .......................................................... 31
2.4.6. Proceso de conversión ................................................................ 32
2.4.7. Proceso de post-conversión ........................................................ 33
2.4.8. Fallas más comunes al convertir un vehículo al sistema dual. .... 34
2.4.9. Recorrido del GNV desde la red de gasoductos hasta su
combustión dentro del motor ................................................................. 36
2.4.9.1. Componentes de una estación de servicio de GNV. ............. 38
2.4.9.2. Recorrido del gas natural desde el surtidor hasta el motor ... 48
2.5. Gasolina ............................................................................................. 52
2.6. Efecto invernadero ............................................................................. 53
2.6.1. Factores que influyen en el clima, efecto invernadero natural y
mecanismos forzados de radiación. ...................................................... 53
2.6.2. Efecto invernadero antropogénico ............................................... 56
2.6.3. Calentamiento global ................................................................... 57
2.6.4. Consecuencias del calentamiento global..................................... 58
2.6.5. Medidas para paliar el cambio climático ...................................... 59
2.6.6. Gases de efecto invernadero....................................................... 60
2.6.6.1. Dióxido de carbono (C02) ..................................................... 60
2.6.6.2. Metano (CH4)........................................................................ 60
2.6.6.3. Dióxido nitroso (NO2)............................................................ 61
vii
2.6.7. Protocolo de Kioto ....................................................................... 61
2.6.8. Mecanismos para minimizar el impacto económico del Protocolo
de Kioto ................................................................................................. 62
2.6.9. Situación de Venezuela con respecto al Protocolo de Kioto........ 63
CAPÍTULO 3................................................................................................. 53
MARCO METODOLÓGICO.......................................................................... 53
3.1 Tipo de investigación........................................................................... 53
3.2. Etapas de la investigación.................................................................. 54
3.2.1. Descripción de la situación actual en cuanto al avance del
proyecto del uso del gas natural como combustible vehicular tanto en
Venezuela como a nivel mundial. .......................................................... 54
3.2.2 Análisis de las alternativas tecnológicas de equipos de conversión
del gas natural vehicular. ....................................................................... 55
3.2.3. Estudio de las propiedades fisicoquímicas del gas natural
vehicular como combustible................................................................... 55
3.2.4 Comparación de las emisiones de escape de la gasolina con los
generados con el empleo del gas natural vehicular............................... 56
3.3. Técnicas y herramientas a utilizar ...................................................... 56
CAPÍTULO IV................................................................................................ 57
DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................ 57
4.1. Descripción de la situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular tanto en venezuela como a nivel mundial .............. 57
4.1.1. Situación actual del empleo del gas natural como combustible
vehicular en América latina.................................................................... 57
4.1.1.1. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Venezuela. ................................................. 59
4.1.1.2. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Argentina. .................................................. 66
viii
4.1.1.3. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Brasil. ......................................................... 67
4.1.1.4. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Bolivia. ....................................................... 67
4.1.1.5. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Perú. .......................................................... 69
4.1.1.6. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Colombia.................................................... 70
4.1.1.7. Situación actual del empleo del gas natural como
combustible vehicular en Chile........................................................... 72
4.1.2. Situación actual del empleo del gas natural como combustible
vehicular en Europa y el resto del mundo.............................................. 73
4.2 Análisis de las alternativas tecnológicas de equipos de conversión
del gas natural vehicular en Venezuela..................................................... 77
4.2.1. Lazo cerrado o 3era generación .................................................. 77
4.2.1.1. Componentes básicos del sistema de lazo cerrado o 3ra
generación ......................................................................................... 79
4.2.2. Presión positiva o 5ta generación................................................ 91
4.2.2.1. Componentes básicos del sistema de presión positiva o 5ta
generación ......................................................................................... 93
4.3. Estudio de las propiedades fisicoquímicas del GNV como
combustible ............................................................................................... 99
4.3.1. Definición de algunas propiedades de los combustibles ............. 99
4.3.1.1. Poder calorífico (PC) ............................................................. 99
4.3.1.2. Número de octano............................................................... 100
4.3.1.3. Densidad relativa................................................................. 101
4.3.1.4. Temperatura de auto ignición o autoencendido .................. 101
4.3.1.5. Límite de inflamabilidad....................................................... 102
ix
4.3.2. Análisis de las propiedades fisicoquímicas del GNV como
combustible.......................................................................................... 102
4.3.2.1. Propiedades físico químicas de ambos combustibles ......... 102
4.4. Comparación de las emisiones de escape de la gasolina con los
generados con el empleo del gas natural vehicular ................................ 113
4.4.1. Emisiones peligrosas producidas por combustibles fósiles ....... 114
4.4.1.1. Emisiones producidas por la gasolina ................................. 115
4.4.2. Emisiones producidas por el GNV ............................................. 120
4.4.2.1. Descripción de las emisiones producidas en la tubería de
escape.............................................................................................. 120
4.4.2.2. Emisiones de escape del GNV............................................ 122
4.4.2.3. Comparación de las emisiones del GNV y la gasolina ........ 123
CONCLUSIONES.................................................................................... 115
RECOMENDACIONES ........................................................................... 116
BIBLIOGRAFIA........................................................................................... 115
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:....... 118
x
CAPÍTULO 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Introducción
En los últimos años, el creciente desarrollo industrial y tecnológico ha
originado diversas formas de contaminación, las cuales alteran el equilibrio
del aire, el agua, el suelo y la vida humana, animal y vegetal.
En lo que respecta a la contaminación del aire, su causa principal es la
combustión de combustibles fósiles como petróleo, carbón, diesel, gasolina,
produciendo emisiones peligrosas que generan el efecto invernadero, la
lluvia acida y el smog. Entre los gases contaminantes se encuentran el
monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos no
quemados, óxidos de nitrógeno (NOX), óxidos de azufre (SOX), material
particulado, entre otros. Estas emisiones provienen mayormente del sector
industrial y de los gases de escape de los vehículos automotores, viéndose
más afectadas aquellas ciudades donde existen grandes concentraciones
urbanas, sin embargo, los efectos de estos gases no reconocen fronteras,
sintiéndose sus efectos en cualquier lugar del planeta.
Actualmente la humanidad reconoce que la naturaleza no es un bien
inalterable sino frágil, por lo que su conservación constituye una tarea
fundamental e inaplazable. Lo anterior ha conllevado a que los gobiernos y
los hombres de ciencia a nivel mundial, tengan la necesidad de buscar
formas de energías alternativas, que permitan el movimiento de un cuerpo de
un lugar a otro a través de un medio de transporte seguro, poco
2
contaminante y de fácil acceso, este panorama señala que las demandas
aumentarán sobre los recursos energéticos más accesibles, en particular
hacia la utilización del gas natural como combustible automotor, debido a que
es considerado el combustible fósil más limpio y respetuoso con el ambiente.
De allí que en el ámbito mundial desde hace algunas décadas, en
países tales como: Argentina, Pakistán, Italia, Alemania, Francia, Brasil y
Colombia, existan empresas dedicadas a convertir vehículos que utilicen gas
natural como sustituto de los combustibles líquidos, debido a su
disponibilidad, bajo costo de producción, seguridad y protección al ambiente.
1.2 Descripción del problema
A este respecto, Venezuela como un país con grandes reservas
probadas de gas y siguiendo las perspectivas de los países nombrados
anteriormente, crea el proyecto de gas natural vehicular, AUTOGAS. El
proyecto es una política energética, que consiste en promover el consumo
del gas natural como combustible automotor alterno a la gasolina, a fin de
disponer de mayores volúmenes de combustibles líquidos para exportar a
escenarios internacionales. Todo esto aunado al hecho de que el gas natural
representa un fuerte ahorro económico ya que no requiere costosos
procesos de refinamiento, lo que garantiza precios aún más favorables a los
consumidores. Además se ha comprobado que al implementar el
hidrocarburo como fuente de combustible vehicular, se reducen
notablemente los costos de operación y de mantenimiento por su eficiencia y
limpieza, prolongando así la vida del motor, al disminuir la frecuencia del
cambio de aceite y aumentar la vida útil de los lubricantes, bujías, filtros de
aire y de aceite; en fin, mejorando, el desempeño general de los vehículos.
3
En la actualidad el proyecto se encuentra en proceso de
relanzamiento, por ello es de vital importancia conocer la situación actual de
Venezuela y del resto de los países del mundo, en cuanto al progreso del
combustible alternativo; para lograr esto es necesario conocer la posición del
país (referente a la cantidad vehículos convertidos y estaciones de servicio) y
las ventajas que posee Venezuela en comparación con el resto del mundo,
para visualizar la razón del por qué ha evolucionado satisfactoriamente en
otros países y en el nuestro existe un notable atraso, a sabiendas que
poseemos todas las cualidades para un creciente desarrollo.
De igual forma se analizaran las alternativas tecnológicas de equipos de
conversión de GNV más utilizadas, como lo son lazo cerrado y presión
positiva. Para este análisis se establecieron comparaciones entre ambas y se
analizaron las ventajas y desventajas en cuanto al control y almacenamiento
del GNV durante el proceso de conversión. Actualmente AUTOGAS trabaja
con la tecnología de presión positiva, un aspecto importante a tomar en
consideración es el hecho de que la tecnología usada anteriormente era lazo
cerrado. Una de las interrogantes planteadas es por qué el programa decidió
cambiar una tecnología por otra.
En el desarrollo de la investigación se estudiaran las propiedades físico
químicas tanto del GNV como de la gasolina, para poder determinar la
factibilidad que representa el uso de este combustible alterno desde el punto
de vista de eficiencia y seguridad.
Se sabe que la gasolina durante la combustión vehicular genera ciertos
contaminantes que son los causantes de muchos procesos climatológicos
importantes, por ello como parte del estudio de los objetivos propuestos se
compararán las emisiones de escape de la gasolina con los generados con el
4
empleo del GNV, esto con la finalidad decidir cuál de los dos combustibles es
más apto en materia tanto ambiental como energética, y así a través de este
proyecto poder incentivar a la población al uso de energías limpias y
seguras.
1.3 Aportes de la investigación
A través de la evaluación planteada, se dará a conocer la factibilidad del
aprovechamiento energético del GNV como una alternativa para disminuir la
contaminación ambiental por emisiones peligrosas. Este proyecto representa
una vía que permitirá incentivar a la población hacia el uso de otras
alternativas, al conocer los beneficios de este importante combustible.
Además con la investigación planteada se pretende dar a conocer el por qué
siendo Venezuela un país que posee todas las cualidades necesarias para
ser líder mundial, aún se encuentra notablemente retrasado. Además se
pretende demostrar que el GNV es más atractivo que la gasolina desde el
punto de vista de seguridad, eficiencia y protección al ambiente, debido a
que posee valores más altos de relación de compresión, octanaje y poder
calorífico comparado con el combustible liquido, lo cual le concede
cualidades extraordinarias cuando se usa en autos que han sido diseñados
para uso exclusivo de gas.
1.4 Alcance El alcance de la investigación delimita Venezuela como área en estudio,
evaluando a través de información recolectada, el uso del GNV como
combustible alterno a la gasolina, en esta investigación solo se estudia las
propiedades físico químicas del gas natural vehicular y de la gasolina y se
compararan las emisiones de los combustibles nombrados anteriormente, no
5
se estudia el proceso de conversión de vehículos que funcionan con diesel,
tampoco se comparan las emisiones y las propiedades del GNV y el diesel.
Aunque se plasma información con respecto al avance en otros países en
cuanto a las tecnologías usadas en el proceso de conversión, así como el
número de vehículos convertidos y las estaciones de servicio disponibles
actualmente, esto solo sirve de guía para la estimación de la situación en
Venezuela.
1.5. Objetivos
1.5.1 Objetivo general
Evaluar la factibilidad del uso del gas natural vehicular como una
alternativa energética para disminuir la contaminación ambiental por
emisiones peligrosas.
1.5.2 Objetivos específicos
1. Describir la situación actual del empleo del gas natural como combustible
vehicular tanto en Venezuela como a nivel mundial.
2. Analizar las alternativas tecnológicas de equipos de conversión del gas
natural vehicular más utilizadas en el país.
3. Estudiar las propiedades fisicoquímicas del gas natural vehicular como
combustible y de la gasolina.
4. Comparar las emisiones de escape de la gasolina con los generados con
el empleo del gas natural vehicular.
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes
En estudios recientes, Agosto de 2010, los ingenieros Mosquera y Henao [1], realizaron un estudios acerca de dos tipos de combustibles,
gasolina y gas natural vehicular, contra el uso del biocombustible Etanol
en mezclas de etanol – gasolina en diferentes proporciones. En particular
el estudio muestra la superioridad ecológica del uso de estas mezclas
sobre el uso de gasolina pura y el gas natural vehicular.
En septiembre de 2005, Marín y Rivero [2] a través de su estudio
en la factibilidad técnico económica con la implementación del gas natural
como combustible vehicular, concluyeron que el GNV no era considerado
como preferencial en el sector urbano a pesar de ser un producto más
económico en comparación con los otros combustibles existentes.
Además, su uso como combustible alterno fue calificado por los autores
como viable debido a sus bajos niveles de emisiones toxicas en
comparación con los otros combustibles líquidos existentes.
Para los Ingenieros Elorza y Mejías en abril de 2005 [3], la
cantidad de vehículos convertidos para la época era de apenas el 1,6%
de la población, lo que representaba un atraso significativo con respecto
al proyecto de GNV como combustible alterno en el país, sabiendo que la
sustitución de la gasolina por GNV contribuirá a mejorar la calidad del
aire en ciudades con alta densidad vehicular.
6
2.2 Gas natural
2.2.1. Origen Se formó hace millones de años con lodo, arena, piedras, plantas,
materia animal y el acumulo de energía solar sobre materias orgánicas
soterradas en grandes profundidades, desde el tiempo pre-histórico,
debido al proceso de acomodación de la corteza terrestre que con la
presión y el calor de la tierra, se convirtieron en petróleo y gas natural. Es
compuesto por gases inorgánicos e hidrocarburos saturados,
predominando el metano y, en menores cantidades el propano y butanos,
entre otros.
El gas natural lo encontramos en rocas porosas de la corteza
terrestre, las cuales no están en contacto con el aire. Se suele encontrar
en yacimientos de petróleo o cerca de ellos, aunque tomando en cuenta
su estado gaseoso, puede presentarse también solo.
El gas natural fue descubierto en América, naturalmente en 1626,
cuando exploradores franceses descubrieron salidas naturales de gas, en
el lago Erie. Aunque la industria del gas natural tuvo sus inicios en 1859,
cuando el Coronel Edwin Drake cavó el primer pozo donde encontró
aceite y gas natural a 69 pies, debajo de la superficie.
Posteriormente se construyo una tubería que corría por 5 millas del
pozo a la villa de Titusville, Pennsylvania. Esta tubería comprobó que se
podía transportar gas natural de manera sencilla para fines prácticos. [3]
Factores para su formación:
• Ausencia de aire.
7
• Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino).
• Gran presión de las capas de la tierra.
• Altas temperaturas.
2.2.2. Concepto
El gas natural es el resultado de una mezcla en proporciones
variables de compuestos gaseosos de naturaleza orgánica e inorgánica.
Los compuestos orgánicos lo constituyen compuestos parafínicos también
denominados alcanos por la química orgánica. Este grupo de compuestos
orgánicos aporta normalmente mas del noventa por ciento en volumen en
el análisis normal de una muestra de gas natural ordinario y está formado
por los siguientes componentes: metano (CH4), etano (C2H6), propano
(C3H8), normal butano (nC4H10), normal pentano (nC5H12), iso-pentano
(iC5H12), hexanos (C6H14) y heptanos plus (C7+). No siendo este último un
componente sencillo, sino una denominación para describir todo ese
remanente de componentes más pesados que los hexanos, que debido a
las ínfimas concentraciones bajo las cuales se encuentran, resulta
impráctico desde el punto de vista de laboratorio su identificación. El
segundo grupo de componentes que forman el gas natural, lo constituyen
los componentes inorgánicos; estos aportan normalmente menos del diez
por ciento en volumen en una muestra de gas y están representados por
el dióxido de carbono(CO2) y sulfuro de hidrógeno(H2S), algunas veces
por el nitrógeno(N2), agua(H2O) y excepcionalmente helio(He). [2]
Se encuentra en las cavidades microscópicas o intersticiales, las
cuales unidas pueden formar grandes acumulaciones de gas, permanece
en el estado gaseoso, bajo presión atmosférica y temperatura ambiente.
Para que se inflame, es preciso que sea sometido a una temperatura
superior a 620oC. Además, es incoloro e inodoro, quemando con una
8
llama casi imperceptible. Por cuestiones de seguridad, se pone olor con
mercaptano en el GN comercializado.
El poder calorífico del gas natural es variable de acuerdo a su
composición, estando comprendido generalmente entre 37.656 y 39.748
cal/m3, a menos que se trate de un gas con importante contenido de
inertes o por el contrario de hidrocarburos pesados, siendo así de menor
a mayor poder calórico respectivamente. [3]
Se puede encontrar “gas natural asociado” cuando está
acompañado de petróleo, o bien como “gas natural no asociado” cuando
son yacimientos exclusivos de gas.
2.2.3. Composición básica La composición básica del gas natural indica que es una mezcla de
hidrocarburos constituido principalmente por metano, que se encuentra en
yacimientos en solución o en fase gaseosa con el petróleo crudo, o bien,
en yacimientos que no contienen petróleo. Se considera que el gas
natural es uno de los combustibles más limpios, que produce
principalmente C02 en forma de gas, vapor de agua y pequeñas
cantidades de óxidos de nitrógeno cuando se quema. En la tabla 2.1. se
indica la composición en porcentaje molar que puede tener una muestra
de Gas natural.
9
Tabla 2.1. Composición en porcentaje molar de una mezcla de gas natural.
Componente Fórmula Química
Estado Físico Composición %
Metano (C1) CH4 Gaseoso 55,00-98,00
Etano (C2) C2H6 Gaseoso 0,10-20,00
Propano (C3) C3H8 Gaseoso 0,05-12,00
n-Butano (nC4) C4H10 Gaseoso 0,01-0,80
i-Butano (iC4) C4H10 Gaseoso 0,01-0,80
n-Pentano (nC5) C5H12 Líquido 0,01-0,80
i-Pentano (iC5) C5H12 Líquido 0,01-0,80
n-Hexano (nC6) C6H14 Líquido 0,01-0,50
n-Heptano (nC7) C7H14 Líquido 0,01-0,40
Nitrógeno N2 Gaseoso 0,10-5,00
Dióxido Carbónico
C02 Gaseoso 0,20-30,00
Oxígeno 02 Gaseoso 0,09-30,00
Sulfuro de Hidrógeno
H2S Gaseoso Trazas-28,00
Helio He Gaseoso Trazas-4,00
En la tabla 2.1. se observa que el componente predominante es el
metano. Los otros hidrocarburos, tanto gaseosos, como líquidos se
consideran acompañantes. Sin embargo, por medio del porcentaje real
del análisis de la muestra del gas se puede calcular la cantidad de
líquidos susceptibles de extracción y las posibilidades de
comercialización. La presencia de sulfuro de hidrógeno, que es un gas
muy tóxico incluso en cantidades pequeñas, puede causar severas
irritaciones a la vista y hasta la muerte. Al momento de manejar
operaciones donde se encuentre presente este gas, se deben tomar las
10
precauciones y medidas de seguridad correspondientes. El sulfuro de
hidrógeno, junto al dióxido carbónico le confiere las propiedades ácidas al
gas natural, y en muchos casos hay que tratar el gas natural, a través del
proceso de endulzamiento para eliminar estos componentes.
El gas natural puede contener pequeñas cantidades de helio, el cual,
por su incombustibilidad, es de mucha utilidad en la aeronáutica para
llenar globos aerostáticos. En algunos yacimientos de gas natural puede
existir la presencia de pequeños porcentajes de hidrocarburos, que
pueden contener hasta un 90% de CO2, gas que tiene una gran utilidad
en la fabricación de bebidas gaseosas; además, en la industria química y
en otras aplicaciones industriales se utiliza para producir “hielo seco”;
pero en términos generales, se puede señalar que la composición del gas
natural está dominada por hidrocarburos de la serie parafínica. [4]
2.2.4. Tipos de Yacimientos
• Yacimientos de Gas Asociados
Es aquel que, en el reservorio, esta disuelto en petróleo o bajo la
forma de capa de gas. En este caso, la producción de gas es determinada
directamente por la producción de petróleo, figura 2.1. En el caso de que
no haya condiciones económicas para la extracción, el gas natural es
reinyectado en el yacimiento, a fin de evitar el acumulo de gases
combustibles próximos a los pozos de petróleo.
11
Figura 2.1. Esquema de interpretación de un yacimiento de gas
asociado.
• Yacimientos de Gas No Asociado Estos yacimientos pueden ser definidos como aquellos en que el gas
puede estar libre o junto a pequeñas cantidades de petróleo, como es el
caso de yacimientos de gas condensado, así como se observa en la
figura 2.2.
12
Figura 2.2. Esquema de interpretación de un yacimiento de gas no asociado.
En los yacimientos, generalmente, el gas natural asociado se
encuentra como gas húmedo ácido, mientras que el no asociado puede
hallarse como gas húmedo ácido, húmedo dulce o seco, aunque la
principal diferencia es que el gas asociado tiene que ser sometido
primeramente al proceso de separación gas petróleo, mientras que en el
no asociado este proceso no es necesario.
2.2.5. Características del gas natural Dado que el gas natural es una mezcla de hidrocarburos, la cual
varía en cantidades relativas, las propiedades físicas de una mezcla
dependerán de las propiedades individuales de sus componentes y su
grado de contribución a la mezcla.
Durante el transporte, tratamiento, procesamiento y almacenamiento
del gas natural, pueden existir condiciones, por ejemplo de presión y
13
temperatura muy variables. El conocimiento de las propiedades físicas de
tales sustancias, bajo estas condiciones variables es indispensable tanto
para el diseño de los equipos o sistema, como para su manejo y
distribución.
Para poder realizar un análisis de propiedades físicas de una mezcla
cualquiera, es necesario determinar previamente su composición y las
diferentes propiedades de cada componente, y así poder establecer los
diversos parámetros de cálculo que permitan, con ayuda de ecuaciones y
tabla, conocer las propiedades de la mezcla total. Las propiedades físicas
más usadas para el procesamiento del gas natural son: peso molecular,
punto de congelación, punto de ebullición, densidad, temperatura y
presión crítica, calor de vaporización y calor específico.
2.2.6 Procesamiento y tratamiento del gas natural
El objetivo del procesamiento del gas natural es eliminar los
contaminantes, incluyendo los componentes corrosivos (agua y gases
ácidos, sobre todo el sulfuro de hidrógeno por su carácter contaminante),
los que reducen el poder calorífico, (como dióxido de carbono y nitrógeno)
y los que forman depósitos sólidos a bajas temperaturas, (nuevamente
agua y dióxido de carbono), para después separar los hidrocarburos más
pesados que el metano, que constituyen materias primas básicas para la
industria petroquímica.
Las etapas normales en el procesamiento del gas natural son la
deshidratación (eliminación de agua, usualmente con adsorbentes
sólidos, como alúmina o mallas moleculares), el endulzamiento
(eliminación del sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono con soluciones
absorbentes, y la recuperación criogénica de etano e hidrocarburos más
pesados (condensación de estos componentes a bajas temperaturas, y
14
destilación fraccionada de los líquidos condensados). Otras etapas
complementarias son el fraccionamiento de los hidrocarburos
recuperados y la conversión del ácido sulfhídrico a azufre en forma líquida
o sólida, también la extracción de los líquidos del gas natural, es un
proceso de gran importancia, como lo es también la compresión del gas,
además del transporte y almacenamiento. La eficiencia de todos estos
procesos está totalmente relacionada con la eficiencia del proceso de
separación gas- petróleo. El procesamiento el gas natural se encuentra
detallado en la figura 2.3.
Figura 2.3. Diagrama de tratamiento y procesamiento del gas natural.
El tratamiento del gas natural es el conjunto de operaciones que se
realizan para dejar el fluido en condiciones de entrada a la planta de
fraccionamiento, en las cuales se realiza la partición de la mezcla.
15
El tratamiento de gas se hace para acondicionarlo de manera que
pueda ser utilizado en las operaciones de reinyección, combustible o
como materia prima.
De acuerdo a las características del gas producido, este se realiza
por medio de tres procesos: separación, deshidratación y endulzamiento;
siendo factible hablar de la planta universal, en la cual lo que acontece en
una de las partes del sistema afecta por igual a los otros equipos o
subsistemas que integran el conjunto. El hidrógeno sulfurado y
mercaptanos, que pueden contener ciertos gases naturales y la totalidad
de los gases manufacturados y de destilería, son compuestos de azufre
corrosivo, que es necesario extraer a fin de evitar el daño de los equipos
de movimiento y utilización del gas. Esa extracción se efectúa mediante
procesos especiales, siendo el más difundido el proceso que se efectúa
en torres de absorción con dietanolamina.
El dióxido de nitrógeno que contienen algunos gases naturales
también es eliminado en el proceso antes mencionado, pudiendo
encontrarse en proporciones muy variables, existiendo yacimientos en
que supera el 50%. Al igual que el nitrógeno que también puede existir
ofrece el inconveniente de la reducción del poder calorífico ya que se trata
de gases inertes y de la disminución de rendimiento en procesos de
extracción de gasolina.
El contenido de agua o vapor de agua en el gas, así como el
contenido de hidrocarburos condensables ante un aumento de presión o
disminución de temperatura, resulta inconveniente para la conducción del
gas (CH4) por tuberías ya que provocaría obstrucciones de importancia.
Es por ello que el gas natural debe someterse siempre que sea necesario
a deshidratación y extracción de líquidos. La humedad del gas al
condensar da origen a la formación de hidratos que pueden taponar las
16
tuberías. Para que tal formación se produzca se requiere una presión
elevada y una baja temperatura. A cada valor de la presión corresponde
una temperatura por debajo de la cual puedan formarse hidratos si existe
humedad. A mayor presión es también mayor aquella temperatura, por
ello este inconveniente es más común a mayores presiones. Para evitarlo
debe procederse a deshidratar el gas, es decir, bajar su punto de rocío
hasta temperaturas inferiores a 0oC. Ello se hace mediante procesos que
emplean como absorbedores agentes sólidos o líquidos.
También se logra impedir la formación de hidratos mediante la
inyección en el gas de sustancias inhibidoras tales como metanol. En lo
que respecta a los hidrocarburos condensables, ellos se extraen en forma
de gasolina y gas licuado, en plantas especiales que puedan utilizar
diversos procesos, tales como compresión, enfriamiento, absorción con
kerosén, etc.
Otro proceso al que se somete el gas natural es la odorización, a fin
de hacer posible la detección en caso de fugas. [6]
2.2.7. Producción, recolección y acondicionamiento del gas natural
Los campos productores de crudo y gas se ubican principalmente en
el lago de Maracaibo y, en el oriente del país, en los estados Monagas,
Anzoátegui y Guárico. La producción de estos campos se dirige hacia
estaciones de flujo, donde se separa del crudo la corriente de gas
natural. Estas corrientes se envían a través de gasoductos de recolección
hacia los centros de tratamiento y compresión. Allí, el gas se somete a un
proceso de deshidratación hasta lograr un contenido de vapor de agua
equivalente a 7 Lb/MMPC. Posteriormente, es endulzado para eliminarle
el contenido de azufre hasta alcanzar niveles de aproximación de 4 ppm
de H2S.
17
De los múltiples de segregación, ubicados en los centros de
tratamiento, las corrientes del energético ya acondicionado, son
separadas en flujos de gas rico y pobre. Dependiendo del contenido de
hidrocarburos condensables, el gas más rico se destina a plantas de
extracción profunda de líquidos, el más pobre se envía a plantas de
inyección para facilitar la recuperación de flujo remanente, y el restante,
conjuntamente con el gas residual de las plantas de extracción, se destina
a la venta, como gas metano, en el mercado interno a través de la red
nacional de gasoductos.
Esta red está integrada por varios sistemas de tuberías y plantas
compresoras con una capacidad de transmisión de 217 millones de
metros cúbicos diarios aproximadamente.
La figura 2.4. muestra esquemáticamente la red nacional de
gasoductos, conformada por tres sistemas principales: centro, oriente y
occidente
Figura 2.4. Esquema de la red de distribución nacional de gas
natural.
18
La red de centro y occidente se encarga de satisfacer el 77% del gas
usado por el sector no petrolero, constituye la columna vertebral de la red
de gasoductos nacional. Su complejidad y la necesidad de ofrecer un
suministro seguro y confiable a los usuarios, ha exigido la aplicación de
las más avanzadas tecnologías para su operación, mediante un sistema
de telemetría y control, integrado por estaciones remotas ubicadas en
diferentes localidades, operadas por un despacho central de gas en
Caracas y uno respaldado en Buena Vista, Anaco.
Esta red tiene una capacidad de transmisión aproximada de 58
millones de metros cúbicos, donde el 52% corresponde al sistema Anaco
– Barquisimeto, el 26% al Anaco – Puerto Ordaz, el 19% al Anaco –
Puerto La Cruz y 3% a La Toscana – Maturín y Guárico – Cadafe Anaco.
Estos sistemas están integrados por plantas compresoras y tuberías de
transporte y distribución, cuyos diámetros varían entre 4 y 36 pulgadas,
con una longitud que supera los 3.800 kilómetros, de los cuales 68%
corresponde a líneas de transmisión, 14% al sector de distribución
doméstico y 18% a ramales y derivaciones de distribución industrial.
El sistema Anaco – Puerto Ordaz, suministra gas metano a las
industrias básicas de Guayana. Tiene una longitud de 491 kilómetros y
una capacidad de transmisión de 13.6 millones de metros cúbicos diarios.
Lo componen dos líneas paralelas de 20 y 26 pulgadas de diámetro, y
una tercera de 36 pulgadas de diámetro desde la estación de Mamo hasta
Puerto Ordaz que cruza el Orinoco.
El sistema Anaco – Puerto La Cruz, suministra gas para uso
industrial en la región norte del estado Anzoátegui. Está formado por dos
tuberías principales de 20 y 26 pulgadas de diámetro que finalizan en la
refinería de Puerto La Cruz la primera y en la zona industrial de Jose, la
19
segunda la cual es apoyada por una nueva tubería de 36 pulgadas
implementada para satisfacer las demandas del condominio.
2.2.8. Principales usos del gas natural El gas natural es una fuente de energía versátil que puede ser
utilizada en ámbitos muy variados, se puede emplear como combustible
para abastecimiento de calor, generación de electricidad y de fuerza
motriz; como materia prima en las industrias siderúrgica, químicas,
petroquímicas y de fertilizantes. En el área de transporte se utiliza como
sustituto del dieseloil, de la gasolina y del alcohol. Estos factores permiten
el uso del producto en diversos segmentos, en concordancia con las
determinaciones ambientales y contribuyendo eficaz y eficientemente con
el control de los procesos, seguridad y calidad. Por ende, el gas natural
participa directa o indirectamente en la vida de toda la población. Sus
principales usos se pueden observar en la figura 2.5.
Figura 2.5. Usos del gas natural.
• Uso doméstico
El gas natural utilizado en las residencias recibe el nombre de gas
residencial o doméstico. Es un mercado en franca expansión,
20
especialmente en los grandes centros urbanos de todo el país. Las
compañías distribuidoras estadales tienen planes actuales y futuros para
realizar una ampliación de sus redes.
El gas natural, comúnmente es aplicado para cocinar, lavar, secar ó
calentar el agua. Además, los electrodomésticos se mejoran cada día con
el fin de emplear el gas natural de forma más económica y segura. Los
costos de mantenimiento de los materiales que funcionan con gas son
generalmente más bajos que los de otras fuentes de energía.
• Uso industrial
Utilizado como combustible, el gas natural proporciona una
combustión limpia, libre de agentes contaminantes, ideal para procesos
que exigen la quema en contacto directo con el producto final, como por
ejemplo, en la industria de cerámicas y en la fabricación de vidrio y
cemento. El gas natural también puede ser utilizado como reductor
siderúrgico en la fabricación de aceros y en sus formas más variadas,
como materia prima en la industria petroquímica, principalmente para la
producción de metanol y en la industria de fertilizantes, para la producción
amoniaco y urea. Puede ser igualmente utilizado para el reciclado de
residuos para la incineración, el secado, la deshumidificación, la
calefacción, la climatización y la cogeneración.
• Generación de electricidad
Las compañías de electricidad y los proveedores independientes de
energía emplean cada vez más el gas natural para alimentar sus
centrales eléctricas. Generalmente las centrales que funcionan con gas
natural tienen menores costos de capital, se construyen más rápidamente,
funcionan con mayor eficiencia y emiten menos polución que las centrales
21
que utilizan otros combustibles fósiles. Los avances tecnológicos en
materia de diseño, la eficacia y la utilización de turbinas de ciclo
combinado, así como en los procesos de cogeneración, fomentan el
empleo de gas natural en la generación de energía. Las centrales de ciclo
combinado (CCGT) utilizan el calor perdido para producir más
electricidad, mientras que la cogeneración del gas natural produce al
mismo tiempo potencia y calor que son útiles tanto como para la industria
como para los usuarios comerciales. Estas cogeneración reduce muy
fuertemente las emisiones de gases contaminantes a la atmosfera. Este
proceso se utiliza actualmente en diversas industrias del mundo entero,
ya que garantiza economía y seguridad operativa Si se analizan con
cuidado las propiedades del GNV se puede constatar que este posee
muchas de las características ideales de un combustible de uso
automotor. Hoy en día ya existen termoeléctricas operativas y otras se
encuentran en construcción.
• Combustible automotor
El gas natural surge como alternativa para combustible automotor
por su bajo costo y el considerable rendimiento de este combustible, en
especial en lo que se refiere al transporte público. Esto sin contar con los
ahorros colaterales desprendidos del incremento de vida útil de elementos
como bujías, sistemas de escape, carburador y aceites lubricantes que la
utilización del GNV (Gas Natural Vehicular) proporciona. El bajo costo del
gas natural hace la gran diferencia, es un combustible muy seguro debido
a que es más liviano que el aire y se disipa rápidamente eliminando la
posibilidad de acumulaciones o formación de mezclas explosivas. Es un
hidrocarburo cuya composición es gas metano predominantemente, y
cualquier fuga es fácilmente detectable por estar olorizado con
mercaptanos. Es por ello que la seguridad del GNV como combustible
automotor ha sido comprobada. Durante la combustión de hidrocarburos
22
líquidos, se emana ciertos residuos sólidos y gases tóxicos, como el
hollín, CO2, SOx Y NOx. El sector transporte es la principal fuente de estos
gases y presentan un incremento continuo de contaminación atmosférica.
La sustitución de la gasolina y otros combustibles líquidos para
automóviles por el gas natural como carburante, disminuye en gran
magnitud la emisión de estos gases tóxicos y la generación de partículas
sólidas. El automotor que emplea GNV, no contamina el aire, es un
sistema económico y ecológico. [2]
2.2.9. Reservas de gas natural en Venezuela y en el mundo La estimación de la cantidad de gas presente en un yacimiento,
también conocida con el nombre de cálculo de reservas, es un factor
determinante desde el punto de vista económico, ya que permite iniciar el
proceso de extracción del combustible.
Las reservas mundiales de gas natural, aunque limitadas, son muy
importantes y las estimaciones de su dimensión continúan progresando a
medida que las nuevas técnicas de exploración, de explotación y de
extracción son descubiertas. Las reservas de gas natural son abundantes
y ampliamente distribuidas por el mundo. Se estima que una cantidad
significativa de gas natural queda aún por descubrir.
Venezuela está considerada como una de las naciones más
importantes como potencial suplidor de energía gasífera por sus
cuantiosas reservas de gas. Su ventajosa posición geográfica e
importancia geopolítica, colocan a Venezuela en la octava posición con
reservas de gas probadas en el mundo, por debajo de: Rusia, Qatar,
Arabia Saudita, Emiratos Árabes, Norteamérica y Norte de África, figura
2.6.
23
Figura 2.6. Reservas probadas de gas natural en el mundo 2006-2012
en trillones de pie cúbicos, TCF.
Actualmente, Venezuela cuenta con reservas probadas de gas
natural con más de 150 TPC, según un informe de la Agencia
Internacional de Energía (AIE). El recurso coloca a nuestro país como el
primero del continente americano con reservas de gas probadas,
ubicándose luego Bolivia y Trinidad, Figura 2.7.
Figura 2.7. Reservas probadas de gas natural en Sur América 2006-
2012 en trillones de pie cúbicos, TCF. [5]
24
2.3. Gas natural vehicular
El gas natural se adopta como combustible para vehículos desde la
década de los 40, debido al elevado precio de la gasolina durante la II
guerra mundial y fue para este periodo que se comenzó a probar sus
beneficios económicos como alternativa de combustible. En el año 1960,
Italia es el país que comienza la promoción e instalación de GNV en
vehículos particulares, pero Argentina toma riendas del negocio a finales
de los años 70, pasando al primer lugar del ranking mundial. En el año
1985 la empresa Corpoven dio inicio a los estudios de la factibilidad del
uso del gas natural en Venezuela, apoyados por líderes mundiales en
tecnologías de esta área. En 1991 se da inicio formal al proyecto de GNV
para vehículos de transporte público. [3]
La experiencia internacional obtenida por la utilización de gas natural
como combustible automotor y las ventajosas perspectivas que ofrece a la
industria nacional del gas, motivaron a la industria petrolera a iniciar en
1988 las acciones para implementar el uso de GNV en el país, con el
objetivo de ofrecer una alternativa energética al transporte público,
diferente a los combustibles ya conocidos como la gasolina y el diesel. A
mediados de 1994, PDVSA le asigna a Corpoven S.A. la responsabilidad
del proyecto de GNV para promover el desarrollo de actividades en el
sector automotriz, metalmecánica y empresas de servicios suplidoras de
partes y equipos para la conversión de vehículos a gas natural.
Para finales de 1996 se esperaba la instalación de 145 puntos de
suministros, y en 1997 se estarían terminando los 55 puntos restantes,
concluyendo de esta manera con los 200 puntos de suminstro. A nivel
nacional su distribución se hizo de la manera siguiente: 127 en el área
metropolitana de Caracas, 32 en la zona Central, 21 en la región
Occidental y 20 en la región oriental del país. [6]
25
La instalación y conversión de los automóviles con GNV, está
financiado por PDVSA con su programa AUTOGAS, que es retomado en
el año 2006 después de encontrarse inactivo. El GNV también es
conocido como gas natural comprimido ó GNC, está compuesto
principalmente por metano y como es difícilmente licuable se le comprime
en cilindros de acero a una presión de 2845 lpca, manteniendo su estado
gaseoso. La alta presión a la que actúa el GNV es necesaria para dotar a
los vehículos de una autonomía conveniente. Todos los vehículos que
funcionan a gasolina se pueden convertir a GNV, a tal fin debe instalarse
en los vehículos, uno o varios cilindros de acero como tanques
contenedores de combustible, capaces de soportar la presión del GNV.
Estos combinados con una serie de otros componentes, denominados
comercialmente en su conjunto “Kits de Conversión”, permiten efectuar la
adaptación para utilizar GNV como combustible.
Se puede asegurar que la producción y transporte de GNV es mucho
más "limpia" que transportar y refinar petróleo.
Como se puede visualizar en la tabla 2.2., la norma CONVENIN
3568-2 exige un requerimiento limitado para cada componente de la
mezcla gaseosa para usar el gas natural como combustible vehicular,
esto con la finalidad de garantizar que el combustible sea confiable.
26
Tabla 2.2. Límites actuales de componentes mayoritarios y minoritarios.
Nombre Límite Valor % molar
Metano (C1) Min. 80
Etano (C2) Máx. 12
Propano (C3) Máx. 3
Butanos y mas pesados (C4), De
estos, hidrocarburos insaturados totales
Máx. 1,5
0,2
Dióxido de carbono (CO2)
Máx. 8,5
Nitrógeno (N2) Máx. 1,0
Hidrógeno (H2) Máx. 0,1
Oxígeno (O2) Máx. 0,1
Monóxido de carbono (CO)
Máx. 0,1
Componentes En Trazas
Nombre Límite Unidad Valor
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Máx. mg/m3 ppm
molar
17,3
12
Azufre total para gas no odorizado
Máx. mg/m3 ppm
molar
38
28
Azufre total para gas odorizado
Máx. mg/m3 ppm
molar
49
36
Agua Máx. mg/m3
[lb/106 SCF]
112
[7]
27
El gas natural que circula por los sistemas de transporte y
distribución cumplirá a partir del 1° de enero de 2013 con las
especificaciones mencionadas en la tabla 2.3.
Tabla 2.3. Limites de componentes mayoritarios y minoritarios, a entrar en vigencia en el año 2013.
Valores Parámetros Mínimo Máximo
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
- 6 mg/m3 (4,16 ppm molar)
Monóxido de carbono (CO)
- 0,1% molar
Dióxido de carbono (CO2)
- 2% molar
Agua (H2O) - 90 mg/m3 (5,625 lb/MMPC)
Nitrógeno (N2) - 1% molar
Hidrógeno (H2) - 0,1% molar Oxígeno (O2) - 0,1% molar
Azufre total - 25 mg/m3 (18,42 ppm molar)
Mercurio (Hg) Menores de 0,01 µg/Nm3
Metano (C1) 80% molar - Etano (C2) - 12% molar
Propano (C3) - 3% molar
Butanos y mas pesados(C4+), de
estos, hidrocarburos insaturados totales
- 1,5% molar
Hidrocarburos insaturados total
- 0,2% molar
El uso de la gasolina como combustible implica que una cierta
cantidad de la misma se evapora del tanque de combustible,
contribuyendo a la contaminación por hidrocarburos, por el contrario en
cuanto al GNV, la existencia de gasoductos evita la necesidad del
28
transporte peligroso lo cual garantiza un suministro seguro y confiable
debido a que la recepción del producto se hace directamente de las redes
de gas. [4]
El GNV es y será siempre más económico que los combustibles
tradicionales por su menor costo de producción. Además su consumo
genera ingresos adicionales de divisas, producto de la liberación de
volúmenes de hidrocarburos líquidos en el mercado interno que podrían
ser empleados para la exportación.
2.4. Proyecto autogas
El objetivo del proyecto es de disponer en el mercado interno de un
combustible alterno (GNV) para uso automotor que permitirá liberar
combustible líquido (gasolina) de elevados costos de producción y gran
valor comercial, los cuales podrían ser exportados generando ingresos
extras a la nación.
2.4.1. ¿Porque el relanzamiento del gas natural vehicular en Venezuela?
El GNV es una opción más ventajosa que la gasolina para el
transporte de bienes y personas. Además el país está ubicado en noveno
lugar a nivel mundial y primero en Suramérica en reservas de
Hidrocarburos Gaseosos.
Debido a su alta calidad y bajos costos para su producción, PDVSA
ha decidido relanzar el hidrocarburo como combustible con el proyecto
AUTOGAS, en vista que existe una alta competencia en el manejo de
combustibles gaseosos y un despilfarro de combustibles líquidos
comparado con otros países de la región.
29
El proyecto se encarga de asegurar la integridad de los gasoductos y
las líneas de distribución, dado que parte del desarrollo económico y
social del país depende de un sistema complejo de interdependencia de
la infraestructura de energía.
2.4.2. Situación del proyecto AUTOGAS En la Fase I (2006-2009): Se logró incorporar el 12% de GNV en la
matriz energética nacional de los combustibles del sector transporte,
liberando un equivalente 2,52 MBD de combustible líquido.
La Fase II (2009-2013) del proyecto AUTOGAS se encuentra en
ejecución. El análisis de la situación actual se encuentra detallado en la
sección 4.1.1.
2.4.3. Beneficios del GNV
El principal beneficio al convertir el vehículo a gas natural, es el
ahorro que se genera aunado al costo del mantenimiento del vehículo, el
cual representa un 50% menos con respecto a la gasolina. Además,
mantiene limpias las bujías alargando su vida útil; no contamina el aceite
duplicando el tiempo de recambio del mismo y de los filtros.
Al ser más completa la combustión, los efectos contaminantes de los
gases de escape son menores. Siendo estos menos corrosivos
aumentando la duración del sistema de escape.
2.4.4. Tipos de vehículos que operan con GNV
Existen diferentes tipos de vehículos que utilizan el gas natural como
combustible, los cuales son explicados a continuación:
30
2.4.4.1. Vehículo dedicado Es aquel vehículo que utiliza exclusivamente el gas natural como
combustible, posee el mismo principio de funcionamiento de vehículos a
gasolina (Ciclo OTTO).
Este tipo de vehículo se va aplicar primordialmente en el sistema de
transporte masivo urbano y extraurbano, así como vehículos destinados a
transporte particular. El país acaba de adquirir 300 autobuses con motor
dedicado únicamente a GNV, así como se observa en la figura 2.8.
Figura 2.8. Buses dedicados a GNV.
2.4.4.2. Vehículo dual diesel-GNV Es aquel vehículo que utiliza diesel y gas natural vehicular como
combustible, mediante la instalación de un equipo de conversión y la
realización de modificaciones en el motor para tal fin.
2.4.4.3. Vehículo dual gasolina-GNV Es aquel vehículo que utiliza indistintamente gasolina o gas natural
vehicular como combustible, mediante la instalación de un equipo de
31
conversión para tal fin. Para efectos de este trabajo solo se tendrán en
cuenta los vehículos de este tipo. Para efectos de este proyecto solo se
estudiaran los vehículos convertidos
2.4.5. Proceso de pre-conversión
Antes de convertir todo vehículo a gas natural vehicular este debe
ser evaluado, ver Figura 2.9, previamente según la norma COVENIN
3228-99, completando un formato de evaluación que determina si el
vehículo está apto para convertir a GNV, el procedimiento es denominado
“PRUEBA DE PRE-CONVERSIÓN”.
Un sistema de encendido que funciona correctamente con gasolina
no siempre funciona correctamente con gas natural vehicular, por lo cual
se debe verificar todo el sistema minuciosamente (voltajes de trabajo,
calibración y fugas), así como el filtro de aire.
Figura 2.9. Proceso de pre-conversión.
32
Condiciones para que un vehículo sea convertido
• Debe poseer sistema de gasolina. No se convertirán los vehículos que
funcionen con diesel, ya que por no poseer bujías y disponer de un
sistema diferente de combustión habría que realizar modificaciones
mayores al motor.
• El vehículo debe ser de inyección (fuel injection). La inyección
computarizada tiene la ventaja que se puede emular haciendo uso de
la electrónica avanzada del vehículo, para una combustión eficiente y
una pérdida de potencia mínima.
• El vehículo debe pasar la prueba de preconversión.
2.4.6. Proceso de conversión
Como se observa en la Figura 2.10, es el proceso mediante el cual se
adapta un vehículo para que funcione con gas natural vehicular como
combustible alterno, que comprende la instalación de cada uno de los
componentes del sistema dual y su posterior calibración.
Figura 2.10. Proceso de conversión.
33
Antes de la conversión en serie de vehículos al sistema dual
gasolina – GNV, se realiza la homologación de los mismos. Esto es para
cada uno de los modelos con las respectivas marcas de kit de conversión
a cada modelo de vehículo con una marca determinada de Kit de
conversión, esto se rige por las normas COVENIN 3227-1998 y 3228-
1999, consiste en:
• Se convierte el vehículo a GNV utilizando los elementos que se
adapten mejor a las especificaciones del vehículo.
• El prototipo es calibrado tanto en pruebas estáticas como en
pruebas dinámicas.
2.4.7. Proceso de post-conversión
Es una serie de pruebas que se realiza al vehículo una vez
convertido al sistema dual gasolina - GNV, para evaluar las condiciones
de operación bajo especificaciones del fabricante trabajando tanto con
gasolina como con GNV con la finalidad de garantizar la calidad de la
conversión, según la norma 3228 del año 1999. En dichas pruebas
básicamente se evalúan los cambios de combustible, aceleración y
desaceleración, control de emisiones, entre otros.
En la figura 2.11. se observa un vehículo convertido al sistema dual.
34
Figura 2.11. Vehículo convertido al sistema de inyección dual.
2.4.8. Fallas más comunes al convertir un vehículo al sistema dual.
Algunas de las causas de fallas más comunes se deben a:
• Encendido defectuoso o débil.
• Avance de encendido incorrecto.
• Calefacción insuficiente.
• Regulación inadecuada.
• Filtro de aire obstruido.
A continuación en la tabla 2.4. se muestran algunas de las fallas que
se podrían presentar en los vehículos al momento de ser convertidos para
operar con el sistema dual gasolina - GNV. Además se presentan posibles
soluciones que sirven de guía para eliminar dichos inconvenientes y así,
operar el vehículo de forma segura y eficaz. [5]
35
Tabla 2.4. Fallas más comunes presentadas en los vehículos convertidos y sus posibles soluciones
Problemas
Posible solución
Funcionamiento irregular
Potencia baja
Baja aceleración
• Filtro de
aire sucio • Falla en la
entrada de aire
entre el
mezclador y la
admisión • Mala
instalación del
mezclador • Encendido
defectuoso • Avance
incorrecto • Membrana
de la tercera
etapa del
regulador
desgarrada
Mínimo irregular del motor
• Filtro de aire sucio
• Ver registro de marcha
lenta
36
Consumo demasiado elevado
• Filtro de aire sucio
• Regulador de alta
demasiado abierto
• Avance de encendido
incorrecto
Mínimo irregular
luego de la puesta en marcha con GNV a
gran velocidad
Calefacción insuficiente en el
regulador de Gas Natural Vehicular
2.4.9. Recorrido del GNV desde la red de gasoductos hasta su combustión dentro del motor
Para abastecer la demanda interna, el gas natural se distribuye a
través de gasoductos ó tubería matriz por donde fluye a una presión de
800 psi aproximadamente. A través de los ramales o redes de distribución
llega a las ciudades a 250 psi. Una vez que ingresa a la estación de
servicio, una unidad reguladora de presión de GNV, recibe el gas natural
y eleva su presión a 3000 psi, para almacenarlo momentáneamente en
cilindros presurizados tal como se observa en la figura 2.12.
37
Figura 2.12. Esquema de distribución de GNV hasta las estaciones
surtidoras.
Este almacenaje es el que garantiza que la estación de servicio
tenga una presión constante de combustible y que esté listo para ser
comercializado, pudiendo abastecer hasta 3 vehículos por cada unidad de
almacenamiento. Desde el conjunto de almacenaje el GNV se conduce
por una canalización de alta presión hasta los surtidores específicos.
Estos surtidores son los dispositivos con los que se abastece el
combustible a los vehículos rápidamente y, de manera similar a los de
combustibles líquidos.
Todos estos procesos son gestionados por un tablero principal de
control, que determina el momento de compresión de GNV, controlando la
presión, el envío de gas del compresor al almacenaje y la utilización de
los surtidores. Además este tablero registra todos los datos de carga
para el control de las ventas realizadas.
38
A continuación se explican detalladamente los componentes básicos
de una estación de servicio de gas natural vehicular.
2.4.9.1. Componentes de una estación de servicio de GNV.
Los componentes básicos de una estación de servicio de GNV son:
• Unidad de compresión
• Unidad de almacenamiento
• Unidad de suministro o distribución
A. Unidad de compresión
Es la encargada de tomar el gas de la red principal domiciliaria a una
presión de 250 psi y someterlo al proceso de compresión, elevando la
presión a 3000 psi, para posteriormente almacenarlo y de esta manera
proporcionar un llenado rápido a los tanques de los vehículos.
La unidad de compresión está conformada por:
• Sistema de medición del gas
• Sistema de filtrado
• Compresor para GNV
39
A.1. Sistema de medición de gas
Este sistema es instalado para determinar la cantidad de gas que
entra a la estación de servicio dependiendo del consumo del combustible.
Consta de un filtro, medidor, válvula de chequeo, válvula automática y/o
manual de corte. Se encuentra ubicado entre la red del gas y la entrada a
la unidad de compresión en un sitio de fácil acceso y maniobra.
A.2. Sistema de filtrado
El filtro es un elemento que se instala en la entrada del compresor y
su objetivo es retener el 99% de las impurezas del gas cuyo tamaño es
igual o superior a los 5 micrones. Es un sistema de protección que
resguarda el equipo de las impurezas que puede contener el GNV
ocasionando daños graves.
A.3. Compresor de GNV
Si no existiera la forma de comprimir el gas para almacenarlo en
condiciones estándar, el equivalente energético a 12 galones de gasolina
(capacidad del tanque de un automóvil pequeño), es un tanque de 34 m3
(varias veces más grande que el vehículo). En estas circunstancias se
tendría que descartar al gas natural como combustible automotor. Por
esta razón el compresor es considerado el corazón en una estación de
servicio. Si sometemos a presión este mismo gas ocupará un menor
espacio.
Los compresores son máquinas dinámicas destinadas al movimiento
del flujo de gases. Dependiendo de la energía que utilizan para su
funcionamiento, los compresores se clasifican en: eléctricos (los mas
utilizados), térmicos (gas, gasolina y diesel) e hidráulicos. Otra forma de
40
clasificarlos es teniendo en cuenta la presión que genera, estos pueden
ser de: presiones negativas y presiones positivas.
B. Unidad de almacenamiento de GNV
En las estaciones de servicio de GNV para llenado rápido, es
indispensable la unidad de almacenamiento del gas, y de esta manera
abastecer rápidamente el combustible a los vehículos.
La unidad de almacenamiento está conformada por los siguientes
elementos:
• Baterías de abastecimiento
• Dispositivos de alivio de presión, incluye válvulas de alivio de presión
• Dispositivo de relevo de presión
• Manómetros
• Líneas de combustible
B.1. Cilindros o batería de almacenamiento
Son cilindros de acero dispuestos de manera horizontal o vertical
cuya función es almacenar el gas a alta presión que entrega el compresor
y que posteriormente pasa al surtidor. Generalmente los cilindros están
dispuestos en grupos o bancos de 10 unidades, firmemente asegurados a
un soporte en una estructura metálica, dicha disposición se conoce como
cascada de almacenamiento. Las capacidades de cada uno de los
41
cilindros empleados en las cascadas varían según los requerimientos de
suministro de la estación.
B.1.1. Almacenamiento en cascada
El almacenamiento de gas se diseña para que los vehículos se
llenen en el menor tiempo posible y a la vez evitar los arranques y
paradas frecuentes de los compresores de gas. El almacenamiento está
compuesto por bancos de cilindros que trabajan con un banco a presión
única (3000 psi), y se van despresurizando paulatinamente se realice el
llenado del cilindro en el automóvil. Este almacenamiento es del tipo
cascada, distribuyéndose en 3 bancos llamados de baja, de media y de
alta, además de un tanque de recuperación. El llenado del vehículo se
comienza por el banco de baja, si se hace necesario, el dispensador
automáticamente cambia al banco de media, y posteriormente, si hace
falta, termina de cargar del banco de alta.
De esta manera la presión en los tres bancos va cayendo en forma
individual hasta que el banco de alta presión alcanza una presión mínima
(2900 psi generalmente), que es el punto de ajuste para arrancar el primer
compresor.
Si la capacidad de despacho del surtidor es menor que la capacidad
de compresión, la presión en los tres bancos se irá aumentando uno por
uno hasta alcanzar un valor máximo para el compresor (3000 psi).
Si la capacidad de despacho del surtidor es mayor que la entregada
por el compresor, la presión del almacenamiento caerá por debajo del
punto de ajuste y se arrancará el segundo compresor.
42
En este último caso los compresores operarán juntos hasta que se
llenen los bancos de almacenamiento. El segundo compresor se apagará
un poco antes de que lo haga el primero. De esta forma se tendrá una
operación estable durante el llenado con un mínimo de arranques y
paradas de los compresores, y se puede prestar un servicio a los usuarios
en un tiempo similar al que se toma surtir el vehículo con gasolina.
B.2. Dispositivos de alivio de presión
Los dispositivos de alivio de presión de un sistema de GNV, son
aquellos que relevan a la atmósfera la presión cuando ésta supera la
presión de disparo. Cada cilindro debe equiparse con uno o más
dispositivos de alivio de presión los cuales deben cumplir el estándar. Los
dispositivos de alivio de presión deben instalarse de tal manera que la
temperatura a la cual sean sometidos, sea representativa de la
temperatura a la cual opera el cilindro.
La unidad de almacenamiento para su protección debe contar como
mínimo con las siguientes válvulas:
• Válvula manual de corte que el operador de la estación de servicio
puede activar en el momento de una emergencia.
• Válvula de bloqueo la cual se activa automáticamente por la caída
brusca de presión.
B.3. Manómetros
De acuerdo estándares, los manómetros deben ser aptos para leer
al menos 1,2 veces a presión del sistema, es decir, un factor de sobre
diseño de 20%.
43
B.4. Líneas de combustible
En la unidad de almacenamiento se encuentran tuberías, accesorios
y empaquetaduras, los cuales deben ser compatibles con el combustible
bajo las condiciones de servicio.
La tubería, los accesorios y los otros componentes de la tubería
deben tener la capacidad soportar una prueba hidrostática de por lo
menos cuatro veces la presión nominal de servicio sin presentar fallas
estructurales.
C. Unidad de suministro o distribución
La unidad de suministro o distribución de GNV en la estación de
servicio es la encarga de proporcionar el combustible a los vehículos.
Esta unidad esta separada de la unidad de compresión y
almacenamiento, y está compuesto por los siguientes dispositivos.
C.1. Surtidor para GNV
Los surtidores para GNV son los elementos utilizados para el
abastecimiento, medición, control y registro del GNV. Estos surtidores
deben de cumplir con la norma ISO 15403. Los surtidores se diferencian
unos de otros en las líneas de alimentación de GNV que pueden ser de
una, dos o tres vías. En la medida que tenga más líneas de alimentación,
mayor será su capacidad de carga. También puede tener una o dos
mangueras y uno o dos visores o tableros de lectura. Se diferencian
también en el tipo de filtro de gas que utilicen, el sistema de corte
(solenoide o actuador electro-neumático) y el tipo de medidor másico.
44
C.2. Componentes de un surtidor
El surtidor está compuesto por una unidad dispensadora medidora,
una manguera de llenado provista de un sistema de seguridad (break
away) y una boquilla de llenado. Los surtidores poseen medidores de
volumen o de masa, que indican la cantidad de gas en metros cúbicos
que son despachados, el costo total de la venta y el precio por metro
cúbico. Se ha incrementado el uso de los medidores de masa en los
surtidores debido a que garantizan errores en la medición que están por
debajo del 1%.
C.3. Mangueras de llenado
Las mangueras de llenado están equipadas de un sistema seguridad
break away que permite una desconexión y cierre rápido en caso que el
vehículo arranque antes de quitar la manguera de carga de GNV. Los
surtidores deben contar con unas mangueras de llenado de una longitud
máxima de 5 metros (16,5 pies) y deben cumplir con la norma
internacional. Cada manguera de llenado debe tener un dispositivo de
corte rápido por desprendimiento de la manguera, y deben estar
dispuestos en la manguera entre el compartimento del surtidor y la
boquilla. Cuando las mangueras estén fijadas a un mecanismo retráctil
que recoge la manguera, el dispositivo de corte rápido por
desprendimiento debe estar instalado entre el punto de fijación de la
manguera al mecanismo retráctil y la boquilla, a menos que la fuerza para
separar la manguera del mecanismo retráctil sea mayor que la de
accionamiento del dispositivo de corte rápido por desprendimiento y se
afecte la característica de interrupción de flujo en la manguera y se
provoque daño al compartimento del surtidor.
45
C.4. Boquillas de llenado
Actualmente existe en el mercado alrededor de diez diseños
diferentes para boquillas de llenado, pero debido a las dificultades para
hacerlas compatibles entre sí, se diseñó la boquilla NGV I. Esta boquilla,
por haber sido concebida específicamente para operar con GNV,
proporciona grandes ventajas en cuanto a seguridad, en comparación con
los otros sistemas de llenado (impedimento de llenado a una presión
mayor a la de trabajo y eliminación del escape de gas que se produce al
momento de la desconexión). La tendencia mundial, en lo referente a la
boquilla de llenado indica que el uso del tipo NGV I se extenderá una vez
el comité técnico de la ISO (TC 22/SC 25) culmine la elaboración de la
norma técnica internacional para esta boquilla cuyo documento de
referencia es la norma ANSÍ /AGA NGV I y la ISO / DIS 14469.
C.5. Válvula de alivio del surtidor
La válvula de alivio de presión debe de estar localizada aguas abajo
del sistema de protección de sobrellenado para evitar una
sobrepresurización de los cilindros del vehículo. El orificio de descarga de
todas las válvulas de alivio de presión debe ventear hasta un área segura.
En los surtidores también encontramos unas válvulas de corte operadas
en forma manual, eléctrica o neumáticamente.
C.6. Venteo
El surtidor debe estar equipado con mecanismos de venteo para la
liberación de gas, buscando su conducción hasta una localización segura.
46
C.7. Filtros
Si el filtro para la línea de gas está incluido como parte del surtidor,
este debe ser instalado aguas arriba de todos los controles de gas. El
filtro debe ser de un tamaño y construcción adecuada para su aplicación
particular, y ubicado en un lugar accesible para su inspección, limpieza y
remplazo de manera que no interrumpa la línea de conducción de gas o
dispositivo de llenado
C.8. Tubería y accesorios
La tubería rígida, flexible y sus accesorios deben ser adecuados
para su uso con GNV y aptos para operar dentro del rango de
temperaturas de trabajo del surtidor.
C.9. Protección por sobre llenado
Cada manguera del sistema de llenado debe disponer de un método
de compensación por temperatura para limitar la máxima presión (3000
psi) de llenado en los cilindros del vehículo.
C.10. Dispositivos indicadores de presión
El surtidor debe estar equipado con un dispositivo que indique la
presión de suministro apropiada y rango de temperatura del GNV. El
manómetro debe tener una carátula que registre al menos 1,2 veces la
presión más alta del sistema.
Los surtidores trabajan con líneas de gas de alta presión (3000 psi) y
tensiones de alimentación que implican riesgos para la vida humana. La
47
instalación o reparación de sus partes sólo debe ser llevada a cabo por
personal técnico calificado y autorizado para tal fin.
C.11. Procedimiento de llenado de vehículo
El procedimiento de llenado de los vehículos es una operación muy
simple, reduciéndose a los siguientes pasos:
• Alimentación eléctrica normal (220 voltios)
• Presión de suministro de GNV normal
• Válvula esférica de bloqueo manual totalmente abierta
Cumplidas estas condiciones el operador desprende la válvula de
carga de su alojamiento y realiza los siguientes pasos:
• Iniciar la recepción del vehículo.
• Colocar en cero el tablero del surtidor y posteriormente abrir la
válvula solenoide.
• Remover el guardapolvo de la boca de la válvula de llenado y
acoplar la manguera de llenado. Este acople debe hacerse sin
mucho esfuerzo; si hay alguna resistencia, se debe limpiar y
lubricar la boquilla.
• Normalmente el sistema del vehículo llegara a su presión de
llenado entre 4 y 5 minutos. Durante el llenado se oirá y sentirá una
pequeña vibración en la medida que el gas este fluyendo por la
48
manguera. Cuando el flujo de gas pare, se debe cerrar la válvula
en la línea de gas.
• En los surtidores modernos existe una alarma que sonará e indica
visualmente al bombero que el llenado finalizó.
• Desconectar la manguera y colocar en el surtidor.
• Al finalizar el turno de trabajo, debe registrar en la planilla la
cantidad acumulada por el contador del surtidor.
2.4.9.2. Recorrido del gas natural desde el surtidor hasta el motor
El gas es introducido al circuito mediante el dispensador de GNV de
la estación de servicio, por medio del pico de carga interno (o externo si lo
tuviese) a una presión de 3000 psi, lo que se puede comprobar en el
manómetro que se encuentra inmediatamente a continuación del pico. El
manómetro es el encargado de medir la presión existente en el nivel de
carga y debe colocarse de modo tal que su lectura sea fácil y cómoda,
fundamentalmente durante la operación de llenado.
El pico de carga interno es, como su nombre lo indica, la pieza por
donde se introduce el gas al sistema. Posee un circuito específico y debe
quedar montada en forma, pues es la parte del sistema sometida a mayor
maltrato; dispone de la válvula de retención para evitar el retorno de gas
al exterior una vez realizada la carga del mismo. El pico de carga se
localiza sobre uno de los laterales del motor, lo más accesible posible
para la operación de carga, alejado de la batería y terminales que puedan
producir corto circuito.
49
Luego pasa por la válvula de carga, la cual permite cortar la entrada
o salida del gas. Se usa en forma manual en el caso de pérdidas por
fallas de la válvula de retención de pico de carga o en la zona del
regulador. Se debe instalar lo más cerca posible al regulador de presión, y
a la mayor altura para un fácil acceso en caso de necesitar operarla. Las
tuberías de gas que vinculan la válvula de carga con los demás elementos
deben estar dotadas de rulos antivibratorios. De allí el GNV es conducido
por la tubería de alta presión hasta el o los cilindros de almacenamiento.
Estos cilindros son de distintos diámetros y tamaños, según la cantidad de
gas a almacenar. Cuentan en su entrada con una válvula de cilindro o de
servicio que permite cerrar la entrada o salida del gas, también en forma
manual. Esta válvula consta de un sistema de seguridad el cual se activa
cuando hay un aumento de presión en el cilindro, o cuando se produce un
aumento considerable de temperatura. Los cilindros se instalan en cunas
especiales, que se fijan a la carrocería (en el baúl, bajo el chasis, en la
caja de carga, etc.).
De la válvula de servicio, el gas se dirige por la misma tubería de
alta presión antes descrita, a la válvula de carga nuevamente, y de allí al
regulador de presión.
En el regulador de presión el gas reduce su presión de 3000 psi
hasta la presión de trabajo que se encuentra aproximadamente entre 29 y
36 psi. Esta descompresión brusca hace que el gas pierda temperatura
ocasionando el enfriamiento del regulador, por lo cual se hace necesario
calentarlo utilizando una derivación del sistema de refrigeración del motor,
para ello se usa el agua de calefacción producto del enfriamiento del
motor. Estos reductores poseen 2 o 3 etapas dependiendo de la marca
del kit de conversión. Cuando se trabaja con 2 etapas de reducción de
presión, se despresuriza en su primera etapa a 102 psi y luego se
obtiene una presión entre 22 y 36 psi. La presión ideal para la combustión
50
en el motor es de 29 psi aproximadamente. La posición del regulador
debe permitir visualizar sin dificultad el manómetro, especialmente en el
momento de carga.
.
Luego, el gas ya descomprimido, fluye mediante tuberías hasta el
múltiple de admisión, donde a través de inyectores ingresa el gas y dentro
del múltiple se mezcla con aire. Cabe destacar que el ingreso de la
mezcla aire-gas a la admisión del motor, debe ser en la proporción óptima
requerida para una perfecta combustión.
Otro elemento a instalar es la llave conmutadora que se encuentra
dentro de la cabina del vehículo al alcance del conductor, y que sirve para
seleccionar el tipo de combustible que se desea usar. Esta cuenta
además con un indicador de nivel de carga de los cilindros de almacenaje,
compuesto por cuatro leds y uno de estos destella indicando que el
vehículo está circulando en reserva. El cambio puede hacerse en forma
automática o manual.
Debido a que el vehículo cuando funciona con GNV requiere de un
avance al encendido mayor que con la gasolina, se coloca un variador
electrónico o corrector electrónico de avance que corrige
automáticamente estos valores según el combustible que se esté usando.
La velocidad de propagación de llama del gas es menor que la gasolina,
por lo tanto para lograr una combustión completa en el funcionamiento
con GNV, se debe adelantar el avance al encendido aproximadamente 10
grados respecto al vehículo funcionando a gasolina. Es decir que el
avance al encendido en el vehículo con GNV debe ser de 22 grados
iniciales. Esto es porque como se dijo anteriormente el gas necesita más
tiempo para realizar una combustión completa y lograr el máximo
rendimiento posible en el motor.
51
La función entonces del corrector de avance en los carros con
inyección electrónica es la de obtener el avance adecuado a todos los
regímenes de revoluciones, sin alterar los circuitos propios del automóvil,
para no afectar el funcionamiento con gasolina.
Cuando el vehículo funciona a GNV, es necesario cortar y emular el
funcionamiento de los inyectores, para no acumular códigos de fallas en
la unidad electrónica de control (UEC). En el momento de la conmutación
de gasolina a GNV, el emulador no interrumpe inmediatamente el
funcionamiento del inyector para permitir al gas salir del reductor y llegar a
la aspiración, evitando pozos de alimentación con eventuales contra
explosiones.
De esta manera durante la conmutación hay una superposición de
combustibles, la cual es posible modificar con un preset de regulación que
poseen estos emuladores.
Esta regulación se realiza si es necesario cuando se efectúan las
pruebas de funcionamiento.
En el caso de vehículos con inyección monopunto se utilizan
emuladores de inyección y sensor de oxigeno, que están unificadas en un
solo elemento. En este caso hay que interceptar la alimentación al
inyector para que este no opere cuando el motor funciona con GNV, como
también interceptar la señal al indicador de fallas de la UEC.
En el caso de inyección multipunto, se interceptan cada uno de los
inyectores con las fichas con que vienen provistas, y se conectan de
acuerdo a las instrucciones de los manuales de instalación.
En el funcionamiento con gasolina, el sensor le indica a la UEC el
nivel de oxigeno de los gases de escape, mediante una señal en función
52
del estado de marcha del vehículo, con un valor de tensión que varía
entre 0 y 1 volt, según tenga defecto o exceso de oxígeno. La UEC en
ausencia de esta señal enviará una indicación de falla que quedará
memorizada con un código que corresponde a esta falla.
En el uso con GNV al no modificar el ingreso de gas al motor por
medio del sensor de oxígeno, se intercala un emulador que le entrega a la
UEC una señal que varía entre 0 y 1 volt, para que no aparezca la
indicación de falla.
El sistema también cuenta con un dispositivo llamado unidad de
control lambda, este tomando valores de la sonda lambda (sensor de
oxigeno), la posición del acelerador y el tiempo de inyección calculado por
la unidad electrónica de control, determina la correcta relación aire/GNV a
ser utilizada por el motor en cada momento, independientemente del
estado de carga, velocidad, etc.
Esa mezcla estequiométrica es la que permite al motor desarrollar
todas su potencia, permitiendo a su vez, un mejor confort de manejo y
una reducción apreciable en el consumo de combustible, logrando un
importante incremento en la vida útil del motor. [7]
2.5. Gasolina Es la mezcla de hidrocarburos procedente de la destilación
fraccionada del petróleo y que se emplea como combustible en algunos
vehículos automóviles. Tienen componentes hidrocarbonados de C4 a
C10 y una temperatura de destilación de entre 30 y 200ºC. El peso
molecular de sus elementos no es muy elevado y tienen una gran
volatilidad. Su capacidad de inflamación se mide con el índice de octano
en comparación con un hidrocarburo muy inflamable (isoctano) y otro muy
poco inflamable (n-heptano).
53
2.6. Efecto invernadero El calentamiento global y el cambio climático, junto con la búsqueda
de un desarrollo sostenible, son los asuntos que producen más reuniones
y eventos a nivel internacional y reúne a gran número de líderes políticos.
La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático, lo
define como el cambio originado en el clima directa o indirectamente por
la acción del hombre y que se suma a la variabilidad natural del clima. Tal
y como se recoge en esta definición, el clima sufre una variabilidad
natural, pero es mucho más lenta y progresiva que la que está ocurriendo
hoy en día.
2.6.1. Factores que influyen en el clima, efecto invernadero natural y mecanismos forzados de radiación.
La energía que recibimos del sol y que llega a la parte alta de la
atmósfera se compone de radiación ultravioleta, luz visible y radiación
infrarroja. Para cuando esta energía solar llega a la superficie de la tierra,
ya ha sido absorbida en parte por el ozono, el vapor de agua y otros
componentes de la atmósfera, además de la vegetación, de manera que
la energía que realmente llega a la superficie terrestre suele ser en un
49% radiación infrarroja, en un 42% luz visible y un 9% es radiación
ultravioleta, tal como se observa en la figura 2.13.
54
Figura 2.13. Proceso de efecto invernadero.
En definitiva, alrededor de un 30% de la energía que recibe la tierra
se refleja y devuelve al espacio, mientras que el 70% restante se absorbe,
pero no de manera uniforme (es mayor en los polos, por ejemplo) sino
que existen unas diferencias que producen fenómenos de convección,
corrientes atmosféricas que transportan calor, evaporación,
condensación, produciendo finalmente lo que conocemos como el clima.
Según la cantidad de radiación infrarroja que emite la tierra (240
W.m2), su temperatura debería ser de unos -18 ºC. Pero lo cierto es que
la Tierra tiene una temperatura media de de 15 ºC. La diferencia entre la
energía a la que equivalen estos 15 ºC y la realmente emitida es la que se
devuelve al espacio más lentamente porque queda atrapada por las
nubes y ciertos gases atmosféricos como el dióxido de carbono, el
metano y óxidos de nitrógeno, por lo que estos gases reciben el nombre
de gases de efecto invernadero. Así que el efecto invernadero es un
fenómeno natural y necesario, ya que es responsable de estos 33 grados
55
de diferencia tan beneficiosos para la vida en el planeta, tal y como la
conocemos hoy.
Pero las nubes tienen otro papel muy importante, ya que reflejan la
luz del sol. Así que teniendo en cuenta que se calcula que el
calentamiento de la Tierra por el efecto invernadero supone unos 30
W.m2, mientras que el enfriamiento por ese reflejo de parte de la
radiación es de 50 W.m2 , resulta que el efecto invernadero natural
supone un enfriamiento resultante de 20 W.m2 , en contra del
calentamiento global que produce el efecto invernadero producido por la
acción humana.
Otros factores que influyen en el clima son los denominados
mecanismos forzados de radiación, que pueden ser internos y externos.
Los mecanismos externos se dan a escalas de tiempo de milenios e
incluyen variaciones de la órbita terrestre, que fuerzan cambios entre
condiciones glaciales e interglaciales, e incluso cambios físicos en el sol,
como las manchas solares que curren cada 11 años. Los mecanismos
internos son la composición atmosférica, cuyos cambios están
directamente relacionados con el clima, sobre todo en el caso de los
gases de efecto invernadero, tal y como hemos comentado antes; y la
actividad volcánica, ya que las emisiones de polvo y gases de las
erupciones se mantienen durante varios años en la atmósfera y producen
descensos en las temperaturas.
En conclusión, el clima terrestre es algo tremendamente complicado,
ya que en el influyen la atmósfera, los océanos, las capas de hielo, los
seres vivos y el suelo. Es decir, todos los flujos de materia y energía que
se dan en nuestro planeta.
56
2.6.2. Efecto invernadero antropogénico
El efecto invernadero es un fenómeno natural y beneficioso, pero el
problema se produce cuando por causas humanas ocurre un aumento en
la atmósfera de los gases de efecto invernadero, lo que aumenta este
efecto y produce un calentamiento global del planeta.
El aumento de la concentración atmosférica de los gases de efecto
invernadero ha sido algo progresivo y constante, debido a la actividad
humana. Por ejemplo, a principios de siglo por la quema de bosques para
conseguir tierras de cultivo.
La concentración de dióxido de carbono (CO2) ha aumentado en las
últimas décadas por uso de combustibles fósiles como fuente de energía,
para el transporte y en procesos industriales.
El metano (CH4) también es otro gas de efecto invernadero y su
concentración en la atmósfera se va aumentada en mayor media por el
tratamiento de residuos en los vertederos, la digestión de los rumiantes, al
criarles masivamente para alimento, la gestión del estiércol, del que junto
con los fertilizantes agrícolas también se producen importantes
cantidades de óxido nitroso, y en menor medida por los cultivos de arroz
y las incineradoras de residuos.
El óxido nitroso (N2O) también se utiliza como propelente para
aerosoles, en la fabricación de lámparas incandescentes y fluorescentes,
etc.
Otros responsables del efecto invernadero antropogénico son
compuestos como los perfluorcarbonados (PFC) y los
hidrofluorcarbonados (HFC), que se utilizan en equipos de refrigeración,
57
extintores de incendios y aerosoles, además del Hexafluoruro de azufre
(SF6) , que se utiliza como gas aislante en equipos de distribución de
energía eléctrica.
Cabe reseñar que el dióxido de carbono ha aumentado de 275 ppm
antes de la revolución industrial a 361 ppm en 1996, los niveles de
metano se han doblado en los últimos 100 años y la cantidad de óxido de
dinitrógeno aumenta a razón de un 0.25% anual.
2.6.3. Calentamiento global
Según el informe de 2001 del Intergovernmental Panel no Climate
Change) (IPCC), la temperatura media de la Tierra ha aumentado 0.6ºC
en los últimos 100 años, pero es muy difícil saber si este incremento se
debe a causas naturales o puede achacarse a actividades humanas,
debido a que el clima es un sistema tremendamente complejo en el que
influyen gran cantidad de factores.
Para analizar las variaciones en el clima y su relación con ciertas
variables se crean complejos modelos a base de sistemas de ecuaciones
que intentan simular su comportamiento real y tratan de hacer
predicciones sobre su evolución. Estos modelos, al margen de pequeñas
diferencias entre ellos, han coincidido en establecer una relación directa
entre el calentamiento global y el aumento de la concentración de gases
de efecto invernadero en la atmósfera por la acción humana. De hecho,
en su informe de 1995, la IPCC afirma que el conjunto de evidencias
sugiere un cierto grado de influencia humana en el clima global.
No obstante, hay muchos científicos que dudan de que exista
relación entre el calentamiento global y la acción humana, sobre todo
porque opinan que los modelos climáticos existentes son insuficientes y
58
poco satisfactorios en relación a la complejidad del funcionamiento del
clima. Pero a pesar de que existan estas posturas en contra, la gravedad
de las consecuencias del calentamiento global hace que sea
imprescindible tomar medidas para al menos reducir las emisiones de
gases de efecto invernadero.
2.6.4. Consecuencias del calentamiento global
Hasta hace poco las previsiones hablaban de entre 1.5 y 4.5ºC pero
actualmente sabemos que el calentamiento se producirá con retraso con
respecto al aumento en la concentración de gases de efecto invernadero,
ya que los océanos más fríos absorberán gran parte del aumento de
temperatura, de modo que la IPCC prevé para el año 2100 un
calentamiento de entre 1.0 y 3.5ºC. Estas variaciones de temperatura
pueden parecer insignificantes, pero supondrán transformaciones tan
importantes como:
• Las áreas desérticas serán más cálidas pero no más húmedas, lo
que provocará graves consecuencias, sobre todo donde el agua
escasea, como en África y Oriente Medio.
• Casi la mitad de los glaciares se fundirán y si tenemos en cuenta
que el 11% de la superficie terrestre es hielo, resultan bastante
creíbles las previsiones sobre el aumento del nivel del mar de entre
0.4 y 0.65 m, haciendo desaparecer muchas zonas costeras.
• Las precipitaciones aumentarán entre un 3 y un 15%.
• Muchas tierras de cultivo, podrían perderse, al convertirse en
desiertos.
59
En resumen, aún con las predicciones más optimistas, estos
cambios en el clima es el más rápido de todos los que han ocurrido a lo
largo de la historia de nuestro planeta y supondrán grandes impactos
adversos para la humanidad.
2.6.5. Medidas para paliar el cambio climático
Dado que el cambio climático es un problema global, las soluciones
deben tomarse igualmente de forma global, por todos los países.
Entre las medidas que podemos tomar para paliar el cambio
climático están las siguientes:
• Reducir la emisión de gases de efecto invernadero, con lo que
evitaremos que su concentración en la atmósfera siga
aumentando. Esto solo se puede lograr a través de la eficiencia y el
ahorro energético y el uso de energías renovables, que sustituyan
progresivamente a los combustibles fósiles más contaminantes.
Además para lograrlo disponemos de la tecnología necesaria, pero
es preciso que se reduzcan las barreras a la difusión y
transferencia de estas tecnologías, se usen los suficientes recursos
financieros y se ayude a los países con economías poco
desarrolladas. Además se deben aplicar políticas económicas y
sociales como favorezcan el ahorro energético e incentiven el uso
de energías renovables.
• Aumentar las superficies forestales, ya que actúan como sumideros
absorbiendo dióxido de carbono, evitando la deforestación y
aumentando las repoblaciones, respetando en lo posible la
biodiversidad.
60
• Promover desde ya las más esenciales medidas de adaptación,
sobre todo en zonas con ecosistemas más sensibles y en sectores
con economía más vulnerable.
2.6.6. Gases de efecto invernadero
Se denominan gases de efecto invernadero o gases de
invernadero a los gases cuya presencia en la atmósfera contribuyen
al efecto invernadero. Entre estos gases se encuentran los nombrados a
continuación:
2.6.6.1. Dióxido de carbono (C02)
La principal fuente de emisión de dióxido de carbono (CO2) a la
atmósfera es la quema de combustibles fósiles y biomasa, en procesos
industriales, transporte, y actividades domiciliarias (cocina y calefacción).
Los incendios forestales y de pastizales constituyen también una fuente
importante de CO2 atmosférico. La concentración del CO2 atmosférico
subió desde 280 ppm en el periodo 1000 - 1750, a 368 ppm en el año
2000, lo que representa un incremento porcentual de 31%. Se estima que
la concentración actual es mayor que la ocurrida durante cualquier
periodo en los últimos 420.000 años, y es muy probable que también sea
el máximo de los últimos 20 millones de años.
2.6.6.2. Metano (CH4)
La principal fuente natural de producción de CH4 son los pantanos.
El CH4 se produce también en la descomposición anaeróbica de la
basura en los rellenos sanitarios; en el cultivo de arroz, en la
descomposición de fecas de animales; en la producción y distribución de
gas y combustibles; y en la combustión incompleta de combustibles
61
fósiles. Se estima que su concentración aumentó entre 700 ppb en el
periodo 1000 - 1750 y 1750 ppb en el año 2000, con un aumento
porcentual del 151% (incertidumbre de +/- 25%)
2.6.6.3. Dióxido nitroso (NO2)
El aumento del NO2 en la atmósfera se deriva parcialmente del uso
creciente de fertilizantes nitrogenados. El NO2 también aparece como
subproducto de la quema de combustibles fósiles y biomasa, y asociado a
diversas actividades industriales (producción de nylon, producción de
ácido nítrico y emisiones vehiculares). Un 60% de la emisión de origen
antropogénico se concentra en el Hemisferio Norte. Se estima que la
concentración de NO2 atmosférico creció entre 270 ppb en el periodo
1000 - 1750, a 316 ppb en el año 2000 (un 17 +/-5% de aumento)
2.6.7. Protocolo de Kioto
Se trata del primer compromiso internacional para frenar el cambio
climático y tuvo lugar en diciembre de 1997 en la ciudad de Kioto durante
la III Conferencia de las Partes del Convenio Marco sobre Cambio
Climático, que reunió a 125 países.
El Protocolo de Kioto compromete a todos los países que lo
ratifiquen a reducir las emisiones de los seis gases de efecto invernadero.
El compromiso global de reducción para el período 2004-2012 es del
5.2% respecto a los niveles de 1990, aunque en cada país la cuota de
reducción varía en función a lo que contaminó en el pasado.
Para que el Protocolo de Kioto sea finalmente una realidad, debe ser
ratificado por un mínimo de 55 países, que sumen por lo menos el 55% de
las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial. El principal
62
problema fue la negativa de Estados Unidos, que además produce el 25%
de las emisiones mundiales, aunque con la adhesión de Moscú, en 2005,
que aporta el 17.4% de las emisiones, el Protocolo de Kioto entra en vigor
siendo un total de 126 países los que lo ratifican.
2.6.8. Mecanismos para minimizar el impacto económico del Protocolo de Kioto
Muchas de las medidas a tomar para reducir las emisiones de gases
de efecto invernadero plantean serios problemas para ciertos sectores,
por lo que resulta imprescindible aplicar políticas que reduzcan el
inevitable impacto económico.
Por este motivo el Protocolo de Kioto incluye medidas como la de
los sumideros de carbono, consistente en aumentar las extensiones
forestales y tierras de cultivo que de forma natural absorben importantes
cantidades de dióxido de carbono, aunque la dificultad radica en que no
se puede cuantificar a ciencia cierta el nivel de absorción además de que
no todas las especies se comportan igual en este sentido.
También están los llamados mecanismos de flexibilidad, que tanta
controversia han producido y que están formados por tres medidas:
• Compra-venta de emisiones, la idea es que los países que
reduzcan sus emisiones por debajo de lo que les correspondía,
puedan vender esa diferencia a otros países que superan sus
límites, de modo que reduce el coste económico que les ha
supuesto la reducción y se compensa el nivel de emisiones a nivel
internacional. El aspecto negativo es que esto podría llegar a
convertirse en una forma de intercambio comercial, lo que queda
lejos del propósito con el que se propuso.
63
• Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), que consiste en exportar
proyectos de tecnología limpia a países que no han asumido
ningún compromiso de reducción, de modo que los exportadores
se descuentan la diferencia de emisiones que resulta del abandono
de la antigua tecnología y los países menos desarrollados reciben
fondos.
• Implementación conjunta, es una medida parecida a la del
Mecanismo de Desarrollo Limpio, pero con la diferencia de que el
intercambio de tecnología se hace entre países con compromiso de
emisiones.
2.6.9. Situación de Venezuela con respecto al Protocolo de Kioto
Venezuela es uno de los países de la OPEP menos afectados por el
Protocolo de Kioto, pues a pesar de ser exportador de crudo, tiene
grandes espacios boscosos que se pueden considerar sumideros.
En los últimos años se ha ratificado al Ejecutivo nacional de
adherirse a este tratado internacional, cuyo objetivo principal es lograr que
para 2008-2012, los países desarrollados disminuyan sus emisiones de
gases con efecto invernadero, en un 5 por ciento menos del nivel de
emisiones de 1990.
La aplicación de este protocolo causará previsiblemente a los países
de la OPEP una pérdida de ingresos anuales de entre 20 mil y 60 mil
millones de dólares, razón por la que los gobiernos del cartel quieren
obtener en la Cumbre del Clima la promesa de ayudas tecnológicas
paradiversificar su economía.
64
En el caso de Venezuela el impacto de los acuerdos de Kioto
quedará mitigado por el hecho de que el país latinoamericano tiene
grandes extensiones de bosque –450 mil kilómetros cuadrados– que se
pueden contabilizar como sumideros por su facultad de absorber los
gases contaminantes. El acuerdo estudia hasta qué punto se pueden
contabilizar los sumideros forestales a la hora de calcular la cuota de
reducción de emisiones asignada a cada país, que en el futuro deberían
aplicar también los países que hoy están en desarrollo. Su situación
geográfica hace que Venezuela, pese a ser el tercer país productor de la
OPEP, vaya a ser “uno de los menos afectados”. [8]
A pesar de que Venezuela es un país petrolero, la cantidad de
emisiones de estos gases es relativamente baja y corresponde al 0.48%
de todas las emisiones mundiales. Solo Estados Unidos, por ejemplo,
produce el 35%
De acuerdo con investigaciones realizadas, y en cuanto a cantidad
de emisiones, Venezuela se encuentra en el cuarto lugar en América
Latina después de Brasil, México y Argentina, por lo que no somos
grandes productores de emisiones con efecto invernadero.
Aun así el plan es el de exhortar a todo el país a colaborar con esta
iniciativa en el sentido de difundir lo que significa el fenómeno del cambio
climático y cómo influye negativamente sobre las especies animales y
vegetales, así como, por el contrario, su control, redunda en beneficios.
Venezuela abogó por la continuidad del Protocolo de Kioto y
defendió el cumplimiento de este convenio, durante la última cumbre del
Cambio Climático, organizada por la ONU, que se celebró en Cancún
(México).
65
La cumbre de Cancún implicó el reto de llevar esta batalla hasta
que se logre un compromiso que nos ayude a solventar la catástrofe que
estamos viviendo. [9]
CAPÍTULO 3 MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo se explican los procedimientos para el cumplimiento
de los objetivos planteados, iniciando con la descripción de la situación
actual en cuanto al uso del GNV como combustible alterno tanto en
Venezuela como a nivel mundial, además se analizaron las alternativas
tecnológicas de conversión vehicular, procedimiento promovido por
PDVSA a través del programa AUTOGAS. Necesariamente para entender
el proceso de combustión que ocurre en el interior de los motores se
establecieron las propiedades fisicoquímicas más importantes del
combustible predominante en el mercado venezolano como lo es la
gasolina y el GNV, para poder comprender, y finalmente comparar las
emisiones de escape de ambos combustibles y evaluar la factibilidad de
cada uno de ellos.
3.1 Tipo de investigación La investigación es de tipo documental y de campo, se basa en toda
la información recolectada de distintas fuentes escritas para el desarrollo
de cada uno de los objetivos planteados, así como también entrevistas no
estructuradas realizadas a entes capacitados en el tema. Además se
efectuaron visitas a talleres mecánicos autorizados por PDVSA donde se
observó el proceso de conversión de los vehículos al sistema dual.
54
3.2. Etapas de la investigación
3.2.1. Descripción de la situación actual en cuanto al avance del proyecto del uso del gas natural como combustible vehicular tanto en Venezuela como a nivel mundial.
Para la realización de este objetivo se recopiló toda la bibliografía
necesaria para su desarrollo proveniente de fuentes escritas tales como
tesis de grado, textos universitarios especializados, papers, informes
técnicos, internet, etc., así como entrevistas no estructuradas al personal
de los talleres de conversión de GNV, que sirvieron de guía y soporte
para establecer cómo los diferentes países del mundo están usando este
valioso combustible. Esta búsqueda exhaustiva de información, también
permitió deducir cuáles son los motivos que incentivan a la población a la
preferencia de un combustible frente a otro.
Para la obtención de datos actuales, fue necesaria una serie de
reuniones con los Superintendentes de Conversión Distrito Oriente Jerrit
Bermúdez y Guillermo Valbuena, de PDVSA AUTOGAS, quienes además
solventaron diversas dudas generadas durante el desarrollo de este
proyecto.
Según Natural Gas Vehicle Statistics (IANGV) publicada en su
página web, se pudo conocer aproximadamente el número de vehículos y
estaciones de servicio que se encuentran activos en los diversos países
donde se utiliza GNV y, por supuesto permitió comparar la situación de
Venezuela con el resto del mundo, para así discutir cuales son las
oportunidades que posee nuestro territorio ante el uso de GNV como
combustible automotor.
55
3.2.2 Análisis de las alternativas tecnológicas de equipos de conversión del gas natural vehicular.
A través de documentos especializados publicados en la web, y de
información recolectada en los talleres de conversión, se estudiaron las
tecnologías más utilizadas en el proceso de conversión vehicular. Ambas
tecnologías fueron estudiadas con detenimiento en los talleres de
conversión, para así establecer conclusiones, semejanzas y diferencias
entre una y otra, todo esto con la finalidad de deducir porque el estado
venezolano decidió cambiar hacia la tecnología de presión positiva.
Además del soporte bibliográfico, fue necesario el apoyo de todo el
personal capacitado que labora en el taller de conversión elegido, ubicado
en la ciudad de Puerto La Cruz, pasando por los ingenieros hasta el
personal obrero encargado de convertir los vehículos al sistema dual. El
personal en cuestión, fue el encargado de mostrarnos el proceso, así
como también la secuencia que debe llevarse a la hora de realizar la
conversión. Todo esto permitió determinar, entre otras cosas, cuáles son
los valores máximos permitidos según las diversas normas COVENIN,
que se deben mantener para lograr un proceso eficiente, seguro y que
cumpla con lo establecido.
3.2.3. Estudio de las propiedades fisicoquímicas del gas natural vehicular como combustible.
Para el entendimiento de estas propiedades fue necesaria la
recopilación bibliográfica de textos relacionados con vehículos de
combustión interna, así como entrevistas no estructuradas tanto a
profesores como a compañeros de clases, revisión de páginas web
relacionadas con el tema de estudio, trabajos de grado, entre otras, en fin
56
todo aquel material necesario para la comprensión de la importancia de
estas propiedades en la escogencia de un combustible frente a otro.
3.2.4 Comparación de las emisiones de escape de la gasolina con los generados con el empleo del gas natural vehicular.
En esta etapa fue necesaria la revisión de páginas web
especializadas, que permitieron comprender la situación mundial en
cuanto al panorama actual de contaminación, proveniente principalmente
de la combustión de combustibles fósiles en el parque automotor. Esto
permitió el análisis de las emisiones producto del uso de GNV y de la
gasolina, con el objetivo de comprender a través de su comparación cual
de los dos combustibles representa una alternativa más ecológica.
De igual forma, fue necesaria la visita en carácter de participante
de la charla “Emisiones producidas por el GNV” dictada por el
Superintendente de Conversión Distrito Oriente Jerrit Bermúdez, que
permitió constatar los datos obtenidos a partir de la bibliografía revisada.
3.3. Técnicas y herramientas a utilizar
Para el desarrollo de esta investigación fue necesario utilizar
herramientas que permitieron recolectar el mayor número de información
necesaria, con el fin de obtener un conocimiento más amplio sobre la
factibilidad del GNV como un combustible alternativo de la gasolina.
Por la naturaleza del estudio se requirió de la técnica de revisión y
recopilación de todo el material proveniente de fuentes escritas,
incluyendo publicaciones técnicas, informes, tesis de grado, páginas web,
papers y por supuesto textos universitarios especializados relacionado
con el GNV y sus emisiones, así como las ventajas y desventajas que
57
este presenta y las razones que hacen que de este combustible el más
atractivo ante las demás alternativas.
Además de la recopilación documental, fue necesario realizar
entrevistas del tipo no estructuradas, que consisten en aclarar cualquier
duda o inquietud acudiendo a profesionales especializados en el área de
control, transporte y almacenaje de gas y al personal que día a día labora
en los talleres de conversión. Estas entrevistas permitieron comprender a
cabalidad como es realmente el proceso de conversión, además de
establecer la importancia y los beneficios que le trae esta política
energética al país.
Otra técnica utilizada para lograr el desarrollo de esta investigación
fue la observación directa. Esta técnica consistió en visitas al taller de
conversión “El SOLIDARIO 2000” ubicado en la ciudad de Puerto La Cruz,
Edo. Anzoátegui; a cargo del inspector de AUTOGAS, Ing. Eduardo El
Juri. Esta visita permitió observar el ambiente que se maneja a la hora de
la conversión de los vehículos así como también establecer las variables
más críticas que se deben tomar en consideración.
CAPÍTULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO
Según datos recientes de la INGVA (International Natural Gas Vehicles
Asociation) en el mundo existen actualmente más de 11.000.000 de
vehículos a GNV, desde Argentina hasta India, pasando por Japón, Rusia,
Italia, Alemania, Francia, entre otros. El desarrollo de esta tecnología no
obedece a un patrón homogéneo y tiene que ver con varios factores, como la
disponibilidad de recursos naturales, la preocupación local por el problema
de la contaminación, los precios de los combustibles y las políticas públicas
desarrolladas para promover el uso del GNV. Pero lo que sí muestra una
tendencia constante es la dirección de los mercados y de las políticas
institucionales hacia la creación y desarrollo de un potente sector del GNV,
especialmente en la Unión Europea y los países industrializados, donde los
niveles de contaminación son muy altos y la única manera de disminuirlo es
usando combustibles limpios. [10]
4.1. Descripción de la situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular tanto en venezuela como a nivel mundial
4.1.1. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en América latina
El consumo de gas natural vehicular continúa creciendo en toda
América Latina. Más de cuatro millones de automóviles circulan en el
continente y es posible registrar considerables aumentos en el número de
58
conversiones y en la cantidad de puestos de abastecimiento capaces de
suministrar el combustible a un número aún mayor de ciudades.
Aunque el gas natural es desde hace mucho tiempo es un combustible
popular para la flota de vehículos en la región, el uso del GNV ha recibido un
apoyo decisivo en los últimos tiempos en diversos países. Las
preocupaciones por la seguridad de suministro energético, la disponibilidad
de gas natural, las emisiones de gases de efecto invernadero y la volatilidad
de los precios del petróleo, son tan sólo una parte de los imperativos que
propulsan la industria, además de una mayor expansión de las redes de
distribución de gas, una mejor oferta de empleos y el consecuente desarrollo
social y económico de las naciones.
Diversos estudios relacionan la evolución de los distintos sectores
económicos con el ciclo de vida del producto. El sector transporte constituye
un objetivo inmediato de gasificación, por representar el principal problema
de distorsión entre oferta y demanda, en el caso diesel, y existir una buena
experiencia en el caso de motores de gasolina. La adopción de combustibles
menos contaminantes se transformó en una necesidad; más de 11 millones
de autos en el mundo, entre camiones y autobuses, ya circulan con gas
natural y se estima que la flota mundial de vehículos con GNV podrá llegar a
50 millones en 2020. Los vehículos movidos por gas natural emiten menos
de gas carbónico que un auto de gasolina. La intensificación del gas en los
automóviles busca minimizar la contaminación ambiental, especialmente en
los centros urbanos, con la eliminación del contenido de plomo en las
gasolinas, la reducción del contenido de azufre en el diesel, la disminución
de la presión de vapor de las gasolinas y del contenido de hidrocarburos
aromáticos. El gas está avanzando conforme lo hace la industria
automovilística, que ha adoptado tecnologías de vanguardia en relación con
59
la eficiencia de los combustibles. La industria está, desde hace años,
inmersa en investigaciones y desarrollos de las áreas de la infraestructura y
la tecnología del vehículo automotor, tal es el caso de las empresas más
importantes del mundo, con marcas como Iveco, Aspro, GNC Galileo, Agira,
Cummins Wesport, Yutong Daewoo, Neogas, Gazel, Hyundai, New Flyer,
Man, etc. Además, el desarrollo del combustible gaseoso es uno de los
objetivos más perseguidos por gobiernos latinoamericanos como Bolivia,
Venezuela o Colombia, a través de medidas e incentivos con el respaldo de
entidades estatales competentes en la regulación, control y vigilancia de esta
industria.
En muchos países de la región existe un punto de coincidencia, el
cambio de la matriz energética de los mercados internos para sustituir los
combustibles líquidos por gas natural, que redundaría en beneficios
económicos para cada país. Diferentes iniciativas y campañas privadas
contribuyen a aumentar las conquistas del sector, sea concediendo
financiación para las conversiones, descuentos en impuestos o comunicando
los beneficios de la elección de un combustible menos contaminante y más
económico en el mercado. Actualmente, la industria del GNV está
concentrada en satisfacer los requerimientos de las flotas comerciales con
elevado consumo de combustibles, tales como transportadoras de alimentos,
de pasajeros, transportes desde y hacia aeropuertos y camiones de
empresas de servicios públicos. [11]
4.1.1.1. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Venezuela.
Por las carreteras venezolanas transitan aproximadamente 64.818
automóviles que funcionan con gas natural vehicular. Esta cifra devela que
60
sólo un pequeño porcentaje del parque automotor consume el combustible
alternativo, mientras que más de 7 millones de carros usan el carburante
líquido.
Gracias al surgimiento del Programa Autogas, un porcentaje de
vehículos tiene instalado el sistema que les permite andar con GNV. Este
proyecto, impulsado por el gobierno desde el año 2006, ha fomentado el uso
de una energía menos contaminante y segura, por lo que, según datos
analizados y expuestos en la tabla 4.1., Venezuela se encuentra de número
6 en el ranking latinoamericano, con miras al ascenso en el empleo de este
combustible limpio.
Tabla 4.1. Situación actual de Venezuela con respecto a Latinoamérica en cuanto al empleo de GNV como combustible.
País Vehículos convertidos Estaciones de servicio
Argentina 1.918.404 1.882
Brasil 1.631.919 1.787
Colombia 320.036 614
Bolivia 140.400 156
Perú 105.659 146
Venezuela 43.000 150
Chile 8.064 15
Entre el año 2007 y 2011, las empresas privadas y personas
particulares han entregado 18.036 automóviles para su conversión. Otras
16.361 unidades pertenecientes al Estado han empezado a utilizar el GNV
61
para movilizarse y 30.421 unidades en las ensambladoras se les ha
instalado el sistema de Autogas antes de su comercialización.
En la figura 4.1 se presenta la situación actual de los puntos de
expendio existentes en el país, se observa que las estaciones de servicio se
ubican en los distritos: Occidente, Centro, Metropolitano y Oriente,
distribuidos en los estados Bolívar, Monagas, Anzoátegui, Aragua, Guárico,
Carabobo, Yaracuy, Lara, Falcón, Zulia, Miranda y Caracas, estas estaciones
están ubicadas estratégicamente ya que se surten directamente del sistema
de redes y gasoductos instalados a lo largo de todo el territorio.
Figura 4.1. Situación actual en Venezuela de los puntos de expendios
existentes, en construcción e ingeniería. [5]
En la actualidad se encuentra un total de 134 estaciones de servicio
operativas, resultando el distrito capital el que tiene mayor número de
estaciones, siguiendo el estado Miranda con 27 puntos de expendio. En
62
construcción se encuentran 149 estaciones y 89 en ingeniería, para un total
de 367 estaciones; para el caso de las zonas donde aún no llega el
combustible gaseoso por medio de tuberías, PDVSA ha lanzado una
alternativa, gasoductos virtuales, en estos se combinan las últimas
tecnologías en compresión y descompresión de gas natural, consiste en un
sistema modular de compresión, transporte y descompresión de GNV, para
abastecer de Gas Natural por carretera a pueblos, grupos de pueblos,
industrias o estaciones remotas de GNV, donde la distancia, el volumen y
estacionalidad de la demanda, no justifican económicamente la inversión en
un Gasoducto.
Este sistema fundamenta su tecnología en conceptos de diseño
totalmente modulares que permiten la construcción de instalaciones de
abastecimiento de Gas Natural por carretera en forma rápida, sencilla y
económica, totalmente escalable en función del crecimiento de la demanda.
Actualmente en Venezuela esta nueva tecnología de transporte para el
hidrocarburo gaseoso se encuentra en una fase de ingeniería avanzada y se
pretende que la primera zona que goce de este beneficio sea el oriente del
país (estado Bolívar).
La segunda Fase del proyecto comprende las perspectivas del estado
venezolano para el año 2012, esto involucra la incorporación del 32% de
GNV en la matriz energética nacional de los combustibles del sector
transporte, liberando un equivalente 37,36 MBD de combustible líquido que
generará cerca de 1500 MM$ a recuperar al cabo de 2 años de exportación.
Para el 2012-2013 se pretende contar, aproximadamente, con 563
estaciones de servicio operativas a GNV, de las 1800 estaciones que
actualmente expenden gasolina.
63
El impulso del estado venezolano al promover el combustible gaseoso,
surge en la necesidad de obtener beneficios a largo plazo con estas
exportaciones, para invertirlo en obras de labor social. Es necesario
concientizar a la población a realizar la conversión de sus vehículos en este
momento, donde el costo del kit, la instalación y hasta el expendio del gas
corren por cuenta de PVDSA. Este panorama no será el mismo al cabo de
algunos años, cuando la demanda de gas y la cantidad de estaciones de
servicios sean suficientes. Para ese momento PDVSA considerará culminado
el proyecto de conversión gratuita.
En la figura que se muestra a continuación se presentan los centros o
talleres de conversión a nivel nacional. Actualmente existen 131 talleres y
una gran cantidad se encuentran en construcción, en la figura 4.2 también se
observa que existen 5 talleres de conversión móviles que se desplazan
alrededor de todo el país, convirtiendo vehículos. Estos talleres trabajan
directamente con PDVSA y son establecimientos debidamente autorizados
por el ministerio de energía y petróleo, en ellos se realizan las pruebas de
pre conversión, conversión y post conversión.
64
Figura 4.2. Situación actual de los centros de conversión en
Venezuela. [5]
En la prueba de pre conversión primeramente hay que verificar que el
carro este homologado por el Intevep, luego se procede a llenar un
formulario de evaluación que indique que el vehículo es apto para convertir a
gas natural, este debe funcionar correctamente y no puede presentar ningún
tipo de fallas. Posterior a ello, se realiza la prueba de conversión, en esta
etapa se adapta el vehículo para que funcione con GNV y gasolina y
finalmente se realiza la prueba de post conversión, esta consiste en realizar
una serie de pruebas al vehículo para evaluar las condiciones de operación
bajo ciertas especificaciones con la finalidad de garantizar la calidad de la
conversión. En dichas pruebas se evalúan los cambios de combustible,
potencia, aceleración y desaceleración, entre otros
Cabe destacar que el costo de los equipos para efectuar la conversión y
el pago de la mano de obra ha sido asumido por PDVSA. La ventaja que
65
presenta nuestro país es que la modificación de los vehículos se realiza
gratuitamente, tanto para el sector privado como público, siendo Venezuela
el único país en el mundo donde esta conversión se realiza de manera
gratuita. La finalidad es de minimizar el impacto de la implementación de esta
nueva tecnología ya que el kit de conversión de 5ta generación tendría un
valor en el mercado actual de 3500$.
Se espera que cuando en el país exista un número considerable de
estaciones de servicio, aumentar el precio de la gasolina para incentivar a la
población al uso del combustible alternativo; lo que se pretende con esto, no
es sacar del mercado a la gasolina, sino más bien convertir al gas natural en
el combustible preferencial del país por todas las ventajas que este presenta
en comparación con la gasolina.
El notorio retraso de este importante proyecto y la falta de publicidad
para vender el mismo, se puede atribuir a que en primer lugar se pretenden
completar la instalación en el país de una fábrica, en donde se manufacturen
los dispositivos necesarios para realizar el proceso de conversión, desde los
cilindros de almacenamiento, tuberías, hasta sensores y reguladores. Esta
fábrica actualmente se encuentra en proceso de construcción y para lograr
para tal efecto se firmaron acuerdos estratégicos con tres empresas
argentinas para la manufactura de los cilindros y demás dispositivos.
Los contratos para la ingeniería, procura y construcción de equipos de
gas vehicular se suscribieron entre las empresas argentinas Kioshi
Compresión, T.A. Gas Technology, GNC Galileo y la Venezolana PDVSA. [12]
66
4.1.1.2. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Argentina.
El 21 de diciembre de 1984 fueron inaugurados los dos primeros
puestos de gas vehicular en la ciudad de Buenos Aires, durante una jornada
en la que se convirtieron 300 taxis al sistema y cerca de 100 vehículos que
pertenecían al estado. Un cuarto de siglo después, Argentina es potencia y
referencia mundial indiscutible en este combustible, fundamentalmente por
su disponibilidad de gas y necesidades económicas. Para el año 2010, se
contabilizaron en este país más de 1,8 millones de vehículos de combustión
a gas natural vehicular, tres veces más que en 1997, y más de 1.800
estaciones de servicio, esto se puede observar en la figura 4.1.
Cabe destacar que Argentina es el país líder mundial en el desarrollo de
tecnología de GNV, debido a sus 26 años de experiencia en este negocio,
este país es uno de los más grandes exportadores de kit de conversión,
exportan tecnologías de 3era generación (aplicada tanto a vehículos
carburados como fuel injection) y 5ta generación (solo para vehículos fuel
injection).
El GNV es el combustible garantizado en los surtidores para los
próximos años. Una de las razones es la gran diferencia de precio con la
gasolina, ya que los autos convertidos representan para el usuario un
considerable ahorro de 73% en comparación con los combustibles líquidos.
La brecha que separa al gas vehicular de la gasolina es actualmente la más
alta de su historia 4:1.
67
4.1.1.3. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Brasil.
En el mercado Brasileño de GNV, el 2009 fue un año importante para el
retorno de este combustible como una alternativa factible para el usuario,
tanto por el costo como por la confianza en la disponibilidad de suministro de
gas natural. El escenario de disponibilidad de gas natural y su demanda
interna cambió considerablemente, desde el momento en que el gobierno se
pronunció con respecto al uso en vehículos. El mercado de GNV tiene un
potencial muy grande en el país y las campañas de incentivo para su uso son
fundamentales para el crecimiento del sector. Con el aumento de los precios
del alcohol, para el año 2009, el número de conversiones de vehículos y el
volumen de venta de gas en los surtidores ha aumentado. La cifra de
vehículos convertidos para el 2010 fue de 1.631.173, contando con un
aproximado de 1700 estaciones de servicios a lo largo de todo el territorio
nacional. La ventaja económica del gas natural es revelada cuando se
compara el precio medio de la gasolina y del alcohol, junto con las distancias
recorridas con cada combustible. El valor medio del GNV por kilómetro
recorrido es de 0,12 reales, mientras que el valor de la gasolina y del alcohol
es de 0,25 y 0,27 reales, respectivamente.
4.1.1.4. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Bolivia.
A comienzos de 2004, el consumo de gas natural vehicular en Bolivia
equivalía a menos de 15% de la demanda de gasolina. A marzo de 2007 ya
era equivalente a 36% de la demanda de gasolina. Actualmente el país
cuenta con una cantidad de 140.000 vehículos convertidos y una cantidad de
aproximadamente 160 estaciones de servicio. Este resultado significa que en
68
Bolivia el gas natural vehicular tiene una creciente participación en la
demanda de combustibles automotores. La conversión a GNV significa un
ahorro de 60% del presupuesto de los choferes para gasolina. Además,
Bolivia es el segundo país de la región con las mayores reservas de gas
natural, después de Venezuela, debido a esto adoptó la política de
transformar la matriz energética de su parque automotor. En cuanto a la
conversión, los kits tienen un valor de 600$ por equipo, lo que hace una
requisitoria de 2,1millones de dólares. De acuerdo con las estadísticas, La
Paz es la ciudad que necesita el mayor número de conversiones y la
instalación de un mayor número de estaciones de servicio de GNV. Sin
embargo, el problema ha sido que la capacidad de los gasoductos es
insuficiente para transportar los volúmenes necesarios del energético. Las
obras del Tramo III del Gasoducto Carrasco Cochabamba (GCC), que se
extiende unos 173 kilómetros entre las localidades de Carrasco y Villa Tunari,
tienen un avance cercano al 90% y preveen esté finalizado para julio de
2012. De esta manera, se podrá satisfacer la demanda de gas natural de los
departamentos del oeste del país.
La disponibilidad de GNV y la promoción de la conversión permitieron
estabilizar la demanda de gasolina en los últimos años, mientras que la
demanda de diesel crece considerablemente. Sin el GNV, la curva de
crecimiento de la gasolina sería similar a la del diesel. Este cambio de la
matriz energética del parque automotor será uno de los factores para que
Bolivia pueda exportar gasolina, GLP y diesel en el futuro. Se consumirán
menos carburantes y la producción de las refinerías y plantas de GLP será
vendida al mercado externo a precios internacionales.
69
4.1.1.5. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Perú.
El inicio de la expansión del uso del GNV ocurrió hace
aproximadamente 5 años. Del total de las conversiones que se realizaron
desde 2006, casi 80% de los vehículos están dirigidos al negocio del taxi,
pues al utilizar el carburante natural les resulta más rentable. Con el uso de
GNV es posible ahorrar hasta 75% en el costo de combustibles, una mayor
vida útil del motor, reducción por costos de mantenimiento del mismo y
menor contaminación son otras ventajas que ofrece este tipo de carburantes,
según un estudio de la Asociación de Grifos y Estaciones de Servicio de
Perú (Agesp). “El automóvil que se pretenda transformar a GNV debe estar
en buenas condiciones de funcionamiento (encendido e instalación
eléctrica)”, destaca el estudio.
Según estudios realizados el país cuenta con 105.659 vehículos
convertidos, y alrededor de 105 estaciones de servicios activos para el
presente año. La mayor demanda no sólo se concentra en Lima, sino
también en regiones como Arequipa, Cusco, Lambayeque, Piura, La Libertad
y Ancash, entre otras. El sistema financiero tiene una participación cada vez
más activa en las conversiones de GNV, y a la fecha ya 18 entidades otorgan
estos créditos. En respuesta a la gran demanda del gas natural, NEOgas ha
desarrollado equipos para el transporte y la entrega del gas comprimido
utilizando la más avanzada tecnología, haciendo posible así la llegada de
gas natural a lugares donde aún no hay gasoductos. La empresa efectuó un
desembolso de US$750 mil para la ampliación de la capacidad de
compresión en la planta de Lurin, la compra de dos remolques de gas y la
instalación de equipos de última tecnología a través de los cuales se hace el
trasvasado del gas a los surtidores.
70
Un gasoducto virtual lleva gas natural a lugares donde no existe
gasoducto. Para ello se debe disponer de compresores que comprimen el
gas natural en recipientes especiales, para luego ser transportado en
vehículos acondicionados hasta distancias de 300 kilómetros. En dichos
lugares se tendrán dispositivos que permitan usarlo, hasta que sea
reemplazado por otro recipiente, dando continuidad del abastecimiento. Los
lugares pueden ser una estación de servicio (gasocentro) o para clientes
particulares como fábricas, minas, grandes centros comerciales.
4.1.1.6. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Colombia.
Colombia cuenta actualmente con más de 300.000 vehículos de gas
natural, atendidos en más de 600 estaciones de servicio que registraron un
crecimiento de 28% durante los últimos años. En el sector, este país
consolida su tercer lugar como potencia latinoamericana y octava a escala
mundial. En Colombia, luego de más de veinte años de haber comenzado el
programa de conversión, ya hay un poco mas del 2,5% del parque automotor
nacional en esta condición, pero la aspiración es llegar a las 500.000
unidades en los próximos años.
El Ministerio de Minas y Energía colombiano creó un plan que incorpora
distintas leyes y resoluciones, entre ellas la exención del IVA por partes,
equipos de estaciones de GNV y kits de conversión. Además, se espera la
disminución paulatina de los subsidios a los combustibles líquidos en el corto
y mediano plazo. Esto necesariamente se traducirá en aumentos periódicos
en el precio del petróleo, lo que revelará finalmente la mayor competitividad
del gas natural. Según un estudio de la Unidad de Planeación Minero
71
Energética (Upme) de Colombia, la industria del GNV, al registrar una de las
mejores proyecciones de crecimiento del sector de gas, tendrá un alza de 7%
anual hasta 2020. A su vez, se estima que la demanda de gas se elevará a
un ritmo de 1,47% en los próximos 10 años. El análisis estadístico realizado
por la Upme evidencia que el consumo de gasolina tendrá un descenso
anual promedio de 0,5% hasta 2020, lo que posibilita no sólo una menor
dependencia de los combustibles líquidos, sino, además, que la población
escoja opciones menos contaminantes.
El país cuenta con más reservas probadas en producción de gas
natural que de petróleo; adicionalmente existen sistemas de respaldo que
mitigarían cualquier impacto y los agentes del gas natural están en
capacidad de ofrecer seguridad de suministro. Los cálculos más recientes
dicen que aún sin nuevos hallazgos, Colombia dispone de reservas para
atender holgadamente la demanda de gas hasta 2017, algo similar a lo que
ocurre con el panorama de las reservas de petróleo. La impronta colombiana
en materia de gas vehicular es la gran variedad de modelos 0 kilómetros
listos para andar con metano. Son seis las automotrices que ofrecen estas
unidades y, entre todas, brindan ocho alternativas. El toque secreto de esta
nueva ola de los cero kilómetros radica en que los motores de los vehículos
de gas están siendo fabricados de acuerdo con las especificaciones de la
geografía colombiana, e incluso el tipo de gas vehicular que se consume
internamente y las condiciones propias del modelo que se va a comercializar.
Por ejemplo, en el caso de Renault se hacen las adaptaciones a gas desde
la planta de ensamblaje, lo cual le garantiza al cliente que se han seguido los
protocolos debidamente aprobados por esa casa fabricante. En el caso de un
nuevo modelo de taxi Kia, a petición de la empresa, el tanque fue colocado
por debajo para evitar la pérdida de espacio en el baúl, una queja muy
común entre los usuarios.
72
4.1.1.7. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Chile.
El impulso del gas natural vehicular no ha sido fácil en la industria
chilena. Desde principios de la década pasada el sector privado ha querido
desarrollar este negocio. Para ello, primero buscaron cambios tributarios y
cuando los consiguieron, se produjo la crisis del gas argentino, que paralizó
los planes de las compañías. A finales de 2007 se cerraron los gasoductos
desde Argentina, lo que silenció los motores de 5 mil vehículos, entre taxis y
flotas comerciales, que componían el parque automotor habilitado para
funcionar con este combustible.
Pero la inauguración de la planta de GNL en Quintero, que ya abastece
de gas a la zona central de país, terminó con el ostracismo y reabrió el
negocio. La planta de GNL suministra diariamente entre 1,5 y 2 millones de
metros cúbicos al sistema. La cadena comienza con Metrogas, que trae el
gas hasta la capital y abastece a las distribuidoras. En sus mejores tiempos,
este segmento llegó a representar 7% de sus ventas, con un volumen anual
de 21 millones de metros cúbicos de gas natural.
Si bien los caminos son diversos, el objetivo es el mismo: conquistar a
un cliente que quedó marcado por la crisis. El gas natural es más económico
y mucho más competitivo que sus sustitutos, por ejemplo los precios del GNV
en Chile son 25 y 30% más baratos que la gasolina. En la medida en que
aparezcan mayores estaciones expendedoras, este negocio va a despegar
solo. El desafío es que a corto plazo, cerca de 10.000 vehículos accionados
por gas natural puedan transitar en las calles de Santiago y Valparaíso.
También esperan que el servicio de Transantiago, sistema de transporte de
la capital del país, pueda seguir los mismos pasos en el mediano plazo.
73
Existen varios proyectos en estudio para la instalación de estaciones
propiedad de las distribuidoras de combustibles, lo que permitirá seguir
ampliando la cobertura y tener presencia en las comunas más importantes
de Santiago de Chile. [11]
4.1.2. Situación actual del empleo del gas natural como combustible vehicular en Europa y el resto del mundo.
El marco legal juega un papel clave en el desarrollo de los mercados.
Por un lado, el cumplimiento del Tratado de Kioto, aprobado en 1997 y
ratificado por la Unión Europea en mayo de 2002, exige un esfuerzo
institucional y privado por reducir las emisiones de gases invernadero
prácticamente hasta los niveles de 1990. Hay que tener en consideración
que esto no se va a lograr sin recurrir a combustibles limpios. Tanto el Libro
Verde como el Libro Blanco de la Comisión Europea sobre el suministro de
energía y sobre una política común de transporte proponen importantes
objetivos de sustitución de los combustibles líquidos por otros alternativos,
como el GNV. La cuota de sustitución asignada al GNV para todo el parque
de vehículos Europeo es del 2% para el año 2010 y del 10% para el 2020.
La Comisión Europea ha formado un Grupo de Contacto con los
agentes privados de los diversos sectores implicados para estudiar las
medidas que se deben adoptar para cumplir con estos objetivos. Una de las
conclusiones a las que ha llegado el Grupo de Contacto es que: “La
tecnología está suficientemente madura. El gas natural podría conseguir
rápidamente una amplia cuota de mercado si estuviera apoyado por
impuestos reducidos durante un periodo suficientemente prolongado hasta
alcanzar un amplio mercado”.
74
Tabla 4.2. Situación actual de Europa y el respecto del mundo en cuanto al empleo de GNV como combustible.
País Vehículos convertidos Estaciones de servicio
Paquistán 2.250.100 3.000
India 700.000 500
Italia 676.850 732
China 500.000 1.652
Ucrania 200.019 283
Egipto 139.804 119
Usa 110.000 1100
Rusia 100.020 249
Alemania 91.890 900
Japón 39.623 342
Canadá 12.140 96
Al analizar la tabla 4.2., se puede observar que Paquistán lidera con un
aproximado de 2.250.100 vehículos convertidos y circulando en el territorio,
contando con cerca de 3.000 estaciones de servicios que son las encargadas
de surtir a los automóviles con el gas.
La India es uno de los mercados con mayor crecimiento en el desarrollo
del gas natural comprimido para uso vehicular con más de 700.000 vehículos
convertidos y cerca de 732 estaciones de servicios. A través de políticas de
incentivo para su uso, actualmente la mayoría de los vehículos de transporte
público se encuentran convertidos al GNV.
Por su parte Italia es el país europeo con mayor la implementación de
GNV como combustible automotor, con más de 676.000 vehículos adaptados
75
(1% del parque total; 10% en algunas zonas del país aproximadamente) y
732 estaciones de servicio. Además, hay planes para incrementar el número
de estaciones de servicio en los próximos años. Entre otras actuaciones, las
autoridades centrales (Ministerio de Medio Ambiente) han llevado a cabo un
acuerdo con Fiat y Unione Petrolifera para desarrollar el uso de GNV.
China es uno de los mercados más importantes de Asia con 1.600
estaciones y 500.000 vehículos convertidos. El gobierno promueve políticas
de incentivo para el uso del GNV en todo el país que incluyen la construcción
de nuevas estaciones de carga cada año, y la ampliación de la red de
gasoductos. El GNV es utilizado cada vez por más países como una
alternativa al combustible liquido, debido a que es más económico y menos
contaminante.
Alemania, posee un ambicioso plan para aumentar el parque de
vehículos de GNV. Existen más de 90.000 vehículos a GNV. El objetivo a
corto plazo es tener 1.000 estaciones de servicio abiertas para los próximos
años (actualmente hay alrededor de 900). Según datos de Autoglobal.com,
las distancias máximas entre estaciones de servicio son de 5 km en zonas
urbanas y 20-25 km en las áreas rurales.
Al analizar lo antes mencionado, lo que impulsa a países como
Argentina, Colombia, Chile, Brasil y la mayoría de los países europeos, al
consumo de gran cantidad del gas como combustible vehicular es el alto
precio de los combustibles líquidos, siendo estos tan elevados que la
población es capaz de hacer grandes inversiones en el costo inicial de la
conversión, sabiendo que al cabo de poco tiempo podrán recuperar el dinero
invertido; debido a la economía que involucra a corto plazo el uso del gas
natural como combustible. Además es atractivo en otros aspectos porque
76
trae beneficios adicionales en el vehículo tales como incrementar la vida de
ciertos elementos como bujías, sistema de escape, carburador, y del
lubricante.
Venezuela es el país latinoamericano con mayor cantidad de reservas
de gas probadas, aunado a los bajos costos de producción de este
hidrocarburo y su alta calidad como combustible, el estado venezolano ha
decidido relanzar el proyecto AUTOGAS de manera gratuita. El proyecto
tiene como objetivo disponer en el mercado interno de un combustible alterno
para uso automotor, que permitiera liberar combustibles líquidos de elevados
costos de producción, como la gasolina y el diesel, y gran valor comercial, los
cuales podrían ser exportados generando ingresos extras a la nación.
Otra razón de peso que promueve al estado venezolano al impulso del
gas natural, es la existencia de una alta competencia en el manejo de
combustibles gaseosos y un despilfarro de combustibles líquidos por parte de
la población, comparado con otros países de la región.
Debido a la falta de información y educación acerca del tema, además
del bajo precio del resto de los combustibles líquidos en el mercado, la
población venezolana no siente la necesidad de la implementación del
combustible gaseoso alternativo, alegando muchas veces “el peligro que
representa el uso de gas natural”, que “puede causar explosión”, entre otras,
desconociendo las inmensas ventajas que puede significar su uso. Un punto
de interés y que no hay que dejar a un lado, es que el país cuenta con
tecnología de punta para realizar las conversiones de los automóviles al
sistema dual, tecnología utilizada por países líderes como Argentina,
Pakistán, Brasil, entre otros, pero es la falta de concientización por parte de
la población lo que limita el número de conversiones en el territorio. [13]
77
4.2 Análisis de las alternativas tecnológicas de equipos de conversión del gas natural vehicular en Venezuela.
En la actualidad, se han desarrollado diferentes tecnologías de equipos
de conversión, siendo los más comunes las de lazo cerrado y presión
positiva. En los equipos de lazo cerrado, la mezcla del gas con el aire se
realiza en el mezclador, ubicado en el ducto de admisión del motor, y la
cantidad de gas es controlada por una válvula solenoide. En los equipos de
presión positiva, la mezcla del gas con el aire se realiza en el múltiple de
admisión mediante inyectores, y la cantidad es controlada mediante una
central electrónica. En ambos casos la señal del sensor de oxígeno
proporciona información para garantizar una relación óptima de aire
combustible.
4.2.1. Lazo cerrado o 3era generación
Los equipos de lazo cerrado constan principalmente de uno o varios
cilindros de almacenamiento, válvulas, regulador de presión, conexión de
llenado, canalizaciones rígidas y flexibles, sensor lambda, motor paso a
paso, corrector de avance, selector de combustible. El GNV contenido a
presión en el tanque (3000 psi) llega a un regulador mediante canalizaciones
rígidas de dos o tres etapas con diafragmas. En el regulador la presión del
tanque desciende hasta la presión de salida. Posteriormente, ocurre la
mezcla del gas con el aire en un mezclador, similar al de los motores
carburados, mediante la aspiración de gas por el múltiple de admisión,
desconectándose los inyectores cuando el vehículo opera a GNV.
El mezclador es instalado en el ducto de admisión del motor
produciendo obstrucción del paso del aire, afectando la potencia a gasolina
78
en la condición original del vehículo, así como se visualiza en la figura 4.3. El
control del caudal de gas se realiza por medio de una electroválvula o motor
paso a paso, recibiendo una señal electrónica de cerrar o abrir, permitiendo
que las variaciones de las lecturas modifiquen caudal de gas, garantizando el
ahorro de combustible con el vehículo en bajas revoluciones y dando más
flujo de gas según el régimen de operación del motor.
Figura 4.3. Mezclador aire-gas antes del múltiple de admisión. En este tipo de tecnología se debe realizar una prueba de potencia que
incluye en primer lugar una medición de la potencia del vehículo a gasolina,
vehículo original, como la mostrada en la figura 4.4. Posteriormente se
realiza la medición de la potencia del vehículo a gasolina, mezclador
instalado, según la Norma COVENIN 3228 no debe haber una perdida mayor
al 5%. Finalmente se realiza la medición de la potencia del vehículo a GNV,
según la Norma COVENIN 3228 no debe haber una perdida mayor al 20%.
79
Figura 4.4. Prueba de potencia para la tecnología de lazo cerrado.
4.2.1.1. Componentes básicos del sistema de lazo cerrado o 3ra generación
En la figura 4.5 se observan los elementos básicos que componen la
tecnología de conversión vehicular por lazo cerrado. A continuación se
describen brevemente los parámetros más importantes.
80
Figura 4.5. Componentes básicos de control en la tecnología vehicular
por lazo cerrado. A. Cilindro de almacenamiento Elaborado en acero sin costura, con tratamientos térmicos que
garantizan un alto nivel de seguridad, capacidades de almacenamiento de
27, 40 y 80 litros, respectivamente.
Generalmente es instalado en el compartimiento de carga del vehículo.
En el caso de vehículos tipo sedan en la maletera y los vehículos de carga
en el compartimiento destinado para ello. El GNV se encuentra presurizado
dentro del cilindro a 3000 psi.
Los cilindros deben estar cubiertos por una protección que absorba
impactos que pueden ocurrir durante la carga o descarga del vehículo, esta
81
protección debe estar libre de componentes que puedan dañar el cilindro,
sus válvulas y conexiones. Los tamaños de los cilindros comerciales, son
mostrados en la figura 4.6. Todas estas especificaciones son detalladas en la
norma COVENIN 3223-1, ubicada en el apéndice B.
Figura 4.6. Tamaño de los cilindros de almacenamiento del GNV.
Método de fabricación: Sin costuras
Ensayo del prototipo a evaluar
• Ensayo de tracción
• Análisis mecánica de la fractura
• Pruebas hidrostáticas de comprobación
• Ensayo de estallido
• Ensayo de presión cíclica
• Detección de defectos por ultrasonido
82
• Ensayo de dureza
• Ensayo de corrosión bajo tensión
• Prueba de fuga neumática
Sobre el mantenimiento
• Revisiones periódicas
• Control de identificación
• Limpieza exterior
• Inspección visual externa
• Defectos de cuello
• Limpieza interior
• Inspección visual interna
• Ensayo hidráulico de expansión volumétrica
• Detección de defectos por ultrasonido y medición de espesores
Sobre la instalación
• No debe existir contacto metálico entre cilindro y soporte
• Utilizar los elementos de aislación provistos con el soporte.
• El lugar elegido para la fijación del soporte deberá asegurar suficiente
rigidez, para lograr una firme vinculación del conjunto al chasis.
• Posicionar el cilindro de manera que la válvula tenga fácil acceso(se
observa la posición del cilindro en la figura 4.7).
83
Figura 4.7. Cilindros de almacenamiento de GNV.
B. Tubería de alta presión Es un tubo de acero inoxidable de ¼’’ resistente a presiones muy
superiores a 3000 psi. Permite la comunicación entre el cilindro y los
componentes del vano motor (válvula, reductor).
La tubería de alta presión se debe fijar firmemente al piso del vehículo
con grapas de sujeción recubiertas de goma y remachadas al mismo, como
se visualiza en la figura 4.8, se debe tomar en cuenta que no existan roces
entre la tubería y la carrocería del vehículo ya que esto puede causar
desgaste en las tuberías y por consiguiente fugas de gas, en los casos en
que no se pueda separar la tubería de la carrocería se puede colocar
secciones de mangueras de goma para aislarla, estas secciones no deben
ser mayor a 10 cm, ya que se puede acumular residuos de agua y sucio
provocando que la tubería se deteriore.
84
Figura 4.8. Instalación de la tubería de alta presión.
C. Sistema de venteo Permite conducir al exterior posibles fugas, está compuesto por
mangueras y boquillas, así como se visualiza en la figura 4.9.
Figura 4.9. Sistema de venteo de GNV
85
D. Sensores Entre los sensores más importantes que posee un sistema de inyección
de gasolina se encuentran los siguientes:
• Sensor para la medición RPM (Revoluciones Por Minuto), PMS (Punto
Muerto Superior) o Fase.
• Sensor de mariposa TPS (Sensor de Posición del Acelerador, Throttle
Position Sensor por sus siglas en Inglés).
• Sensor MAF (Sensor de la Masa de Aire, Mass Air Flow por sus siglas
en Inglés).
• Sensor MAP (Presión Absoluta del Múltiple, Manifold Absolute Presure
por sus siglas en Inglés).
• Sensor CKP (Sensor de Posicionamiento del cigüeñal, Crankshaft
Position Sensor por sus siglas en Inglés), existen del tipo Inductivo y
de efecto Hall.
• Sensor IAT (Sensor de temperatura de aire, Intake Air Temperature
por sus siglas en Inglés), y Sensor ECT de temperatura de
refrigerante.
• Sensor de oxígeno en escape o Lambda.
• Sensor de Oxigeno / Sonda Lambda
86
Este sensor siempre está ubicado en el sistema de escape del vehículo,
censa la relación Aire/combustible del motor, es decir, si está pobre o si está
rica. Esta lectura es enviada a la ECU para que haga las correcciones
necesarias para mantener siempre correcta la relación Aire/combustible. Las
sondas mas comunes tienen un rango de trabajo de 0v a 1v pero también
existen sondas 0v-5v.
E. Mezclador aire – gas Permite realizar la mezcla entre el aire y el combustible gaseoso, figura
4.10., suministrado por el regulador. Se diseña especialmente para cada tipo
de motor. La “linealidad” es la capacidad del mezclador de dosificar gas y
aire en proporciones justas en cada situación de funcionamiento del motor.
No todos los diseños de mezclador son perfectamente lineales,
influyendo en gran medida en el desempeño con GNV.
Figura 4.10. Mezclador aire- gas.
Los diferentes modelos de mezcladores funcionan con el mismo
principio elemental: Efecto de Venturi. Como podemos observar en la figura
87
4.11 en la zona de baja presión la velocidad del aire aumenta por lo que la
presión disminuye.
Figura 4.11. Efecto venturi en el mezclador aire - gas. Por la diferencia de presión entre la sección antes y después del
mezclador y por la conservación de la energía, el aire al pasar por el
mezclador aumenta su velocidad mezclándose con el GNV y luego es
alimentado al motor.
F. Electroválvula Es un dispositivo electromecánico ubicado entre el regulador de presión
y el mezclador que actúa para controlar el caudal de gas natural, a través de
las señales de proporción de mezcla entre aire y gas emanadas por la unidad
de control electrónica, así como se observa en la Figura 4.12.
88
Figura 4.12. Válvula de carga.
G. Regulador de presión Dispositivo que permite reducir la presión, en dos o tres etapas
sucesivas (dependiendo de la marca comercial) hasta la presión de trabajo
según el sistema de inyección del motor que se encuentra entre
aproximadamente 29 y 36 psi. En la figura 4.13 se muestra la electro válvula
ubicada entre la segunda y tercera etapa.
Figura 4.13. Regulador de presión utilizado en el proceso de conversión
mediante la tecnología de lazo cerrado.
89
En la primera etapa se reduce la presión del gas de 3000 psi (máx) a 58
psi, durante la segunda etapa se reduce la presión de 58 a 22 psi y la tercera
etapa modula la cantidad de gas entregada al mezclador, en función de la
depresión generada en este, donde la electroválvula cierra totalmente el
paso de gas hacia el motor, Figura 4.14.
Figura 4.14. Etapas durante la regulación de presión utilizando la
tecnología de lazo cerrado H. Llave conmutadora - indicador de nivel
Permiten seleccionar el tipo de combustible que se utiliza, gasolina o
gas natural vehicular, realizando el cambio en forma manual o automática.
Además, incorporan un dispositivo de seguridad que habilita las
electroválvulas de gas únicamente con el motor en marcha, ver figura 4.15.
90
Figura 4.15. Llave conmutadora e indicador de nivel.
Para adecuar el funcionamiento del vehículo en gas natural vehicular se
usan dispositivos electrónicos como:
• Emuladores de inyectores.
• Emuladores de Sonda lambda.
• Variadores de avance de encendido.
• Sistemas de lazo cerrado.
En línea general la tecnología de lazo cerrado cumple con lo siguiente:
• Ajustan en forma continua la carburación, adaptándose a distintos
combustibles y condiciones.
• Reduce el consumo de combustible.
• Disminuye la emisión de contaminantes con respecto a las tecnologías
anteriores a ella.
• Evitan el uso de gran parte de los elementos necesarios para la
conversión.
• Durante la operación en lazo cerrado, se controla en la condición ideal
de mezcla.
91
A continuación se visualiza en la figura 4.16 el proceso en línea general
de la tecnología de conversión vehicular a través del lazo cerrado.
Figura 4.16. Proceso general de la tecnología de conversión del tipo
lazo cerrado o 3 era generación.
4.2.2. Presión positiva o 5ta generación
El equipo de presión positiva al igual que el de lazo cerrado, consta
principalmente de uno o más cilindros de almacenamiento, válvulas,
canalizaciones rígidas y flexibles, sensores de temperatura del refrigerante,
sensor lambda, filtro de gas, regulador de presión, inyectores de gas, central
electrónica y variador de avance.
Básicamente, el GNV contenido a presión en el tanque (3000 psi) llega
a un regulador de presión mediante canalizaciones rígidas de dos o tres
etapas con diafragmas. En el regulador la presión del tanque desciende
hasta la presión de salida. Posteriormente, el gas es inyectado a presión en
el múltiple de admisión de manera secuencial, mediante inyectores
independientes que son comandados por una central electrónica de GNV, así
92
como se observa en la figura 4.17. El sistema de presión positiva mantiene el
lazo cerrado modificando el caudal y el flujo para obtener una óptima mezcla
aire-combustible, el cual es inyectado de forma independiente justo antes de
la apertura de las válvulas.
Figura 4.17. Mezclado de aire-gas dentro del múltiple de admisión
mediante inyectores.
En este caso no es necesario realizar una prueba comparativa a
gasolina después de convertido el vehículo ya que este tipo de tecnología no
varia en ningún aspecto el rendimiento. Luego, se realiza una prueba
comparativa de emisiones y una inspección general de la instalación. Una vez que el vehículo es aprobado se realiza el levantamiento
técnico de los componentes e instalación con la finalidad de que todos los
vehículos que correspondan al modelo evaluado sean convertidos bajo la
norma con altos niveles de estandarización.
Este tipo de tecnología es la utilizada actualmente por PDVSA para la
conversión de los vehículos a un sistema dual, a través del programa
AutoGas.
93
4.2.2.1. Componentes básicos del sistema de presión positiva o 5ta generación
En la figura 4.18 se muestran los elementos básicos que componen el
sistema de control mediante la tecnología de conversión vehicular por
presión positiva. A continuación se describen brevemente los parámetros
más importantes.
Figura 4.18. Componentes básicos de control en la tecnología vehicular
por presión positiva. A. Cilindro de almacenamiento, sistema de venteo, tubería de alta
presión, llave conmutadora, sensores de oxígeno Estos componentes son del mismo tipo que los usados en la tecnología
de lazo cerrado y fueron descritos anteriormente.
94
B. Sensores
Para el sistema de GNV se utilizan básicamente tres sensores:
• Sensor de temperatura de refrigerante del motor.
• Sensor de temperatura del GNV posterior al regulador de presión.
• Sensor de presión del GNV posterior al regulador de presión.
Estos suministran las señales a la unidad de control eléctrica GNV para
que determine el tiempo de inyección.
C. Regulador de presión
Dispositivo que permite reducir la presión de almacenamiento (3000psi),
en una o dos sucesivas hasta la presión de trabajo (30-45psi) según el
sistema de inyección del motor, posee una electroválvula, tal como se
observa en la figura 4.19.
Figura 4.19. Regulador de presión utilizado en el proceso de conversión mediante la tecnología de presión positiva.
95
D. Filtro para GNV Componente ubicado entre el regulador de presión y los inyectores de
GNV, tiene como finalidad eliminar las impurezas presentes en el GNV para
evitar que los inyectores se obstruyan, su vida útil puede alcanzar los
50.000km de uso del motor. Este componente es mostrado en la figura 4.20.
Figura 4.20. Filtro de GNV
E. Inyectores de GNV Los inyectores de GNV son muy similares a los de inyección de
gasolina se pueden observar en la figura 4.21; su principal función es
distribuir el gas a los diferentes pistones o cilindros del motor, se instala dicho
componente en el múltiple de admisión tan cerca como sea posible de los
inyectores de gasolina, uno por cada cilindro del motor. Estos dispositivos
trabajan en función de las señales emitidas por la unidad de control
electrónica de GNV; es importante destacar que una vez que el inyector de
GNV empieza a trabajar la señal del inyector de gasolina es interrumpida por
la ECU de GNV y su señal es emulada y enviada a la ECU de Gasolina.
96
Figura 4.21. Inyectores de gas y gasolina.
F. Unidad electrónica de control Módulo electrónico muy similar a la computadora (ECU) de gasolina,
trabaja en función del tiempo de inyección de gasolina, tiene implícitas todas
las señales de los sensores del vehículo y tres parámetros más (temperatura
del refrigerante del motor, temperatura del gas en la admisión y presión del
gas en la admisión). Otra función importante de este módulo es la
interrupción del tiempo de inyección de gasolina y la posterior emulación de
la señal en la ECU de gasolina.
G. Variadores de avance Los módulos electrónicos que lo componen tienen por finalidad:
• Optimizar el encendido original para un buen desempeño a gas
natural vehicular.
• Mantener el encendido original a gasolina.
97
• Permitir un consumo menor.
• Mejorar el rendimiento del motor, especialmente en aceleración.
En la tecnología de presión positiva es necesario en algunos casos
desmontar el múltiple de admisión del vehículo para realizar las
perforaciones necesarias para la instalación de los inyectores de GNV,
garantizando en todo momento la reinstalación del mismo de manera que
este no sufra modificaciones en su funcionamiento.
A continuación se visualiza en la figura 4.22 el proceso en línea general
de la tecnología de conversión vehicular a través de presión positiva.
Figura 4.22. Proceso general de la tecnología de conversión del tipo
presión positiva o 5ta generación.
98
Este sistema garantiza un mayor ahorro de combustible en un rango
amplio de condiciones de operación del motor, y menores pérdidas de
potencia a GNV en comparación al vehículo original cuando opera con
gasolina. Adicionalmente, la potencia del vehículo en la condición original
permanece igual a la potencia en la condición post-conversión del vehículo
puesto que no hay restricción de aire en la admisión.
A diferencia de los equipos de tercera generación, los de presión
positiva permiten el control computarizado de la inyección de gas al motor,
logrando que ingrese el volumen justo requerido, proporcionando así que el
vehículo consuma 20% menos de combustible que si usara la tecnología de
tercera generación. Por otro lado, la pérdida de potencia del motor, que con
un equipo de tercera generación ronda un promedio de 12%, se reduce a
apenas 2 o 3% para el caso de presión positiva.
Lo anterior ha traído como consecuencia que los países pioneros en el
uso del GNV como Argentina, hayan adoptado el uso de la tecnología de
quinta generación por los beneficios que trae, ya que estos tienen un
funcionamiento similar al de inyección secuencial de gasolina, por lo que son
perfectamente compatibles con los vehículos más modernos del mercado.
A este respecto, Venezuela siguiendo las expectativas de otros países,
ha decidido implementar la tecnología de quinta generación en la conversión
de los vehículos a sistema dual por los beneficios antes mencionados, pero
principalmente por la pérdida de la potencia, ya que a diferencia de otros
países, la población venezolana, debido al bajo costo del combustible líquido,
no se ve afectada por el ahorro de combustible que ofrece la tecnología de
punta, en contraste con otros países donde la necesidad de ahorrar
combustible es vital.[11]
99
4.3. Estudio de las propiedades fisicoquímicas del GNV como combustible
Para comprender el comportamiento del GNV y la gasolina como
combustibles, es necesario el estudio de algunas propiedades importantes,
que nos permitirán enfocar las ventajas y/o desventajas del uso de uno frente
a otro. A continuación se definen las más importantes.
4.3.1. Definición de algunas propiedades de los combustibles
4.3.1.1. Poder calorífico (PC)
Tal y como se define en la norma COVENIN 3568-1:2000, es la
cantidad de calor que sería liberado por la combustión completa ideal en aire
normal de una cantidad específica de gas. Existe un valor calorífico superior
y uno inferior, los cuales difieren por el calor de condensación del agua
formada por la combustión.
Según la norma COVENIN 3568-1:2000, los límites del poder calorífico
permitidos para el combustible gaseoso en estudio, son los expresados en la
tabla 4.3.
100
Tabla 4.3. Límites permitidos para el poder calorífico, temperatura de rocío e índice de Wobbe, según la norma COVENIN 3568-1:2000.
Valores Parámetros
Mínimo Máximo
Poder calorífico bruto [MJ/m3]
35,4 42,8
Temperatura de rocío Diferencial de 20 °C
con respecto a la
temperatura ambiental
Índice Wobbe [MJ/m3] 48 52
4.3.1.2. Número de octano
El número de octano también denominado RON (por sus siglas en
inglés, Research Octane Number), se refiere exclusivamente a la cualidad
antidetonante de la gasolina. El octanaje no es otra cosa que la medida de la
capacidad antidetonante que se requiere en el combustible para resistir la
tendencia a la detonación o autoencendido, por lo que el número de octano
requerido depende directamente de la relación de compresión del motor. Con
el nivel de octanaje adecuado se evita la detonación y se logra un solo foco
de llama dado para el encendido en el momento preciso, con lo cual se logra
una combustión pareja y efectiva. Un mayor número de octanos permite
obtener arranques en frío más rápidos y una marcha en régimen de mayor
suavidad.
El exceso de octanaje por sobre lo requerido por un motor no agrega
mayores beneficios, ni en términos de potencia, ni suavidad de rendimiento,
sino tan solo un costo adicional, y puede generar mayor contaminación en el
101
ambiente. Es decir, no existe relación directa entre mayor octanaje y mayor
potencia, puesto que, la mayor potencia depende de la relación de
compresión, además existen otros aspectos como el diseño mecánico
(geometría) del motor, que determinan el octanaje más adecuado para cada
motor.
4.3.1.3. Densidad relativa
La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de
una sustancia y una densidad de referencia. La densidad de referencia
habitualmente es la densidad del agua líquida para sustancias líquidas, y
para gases se utiliza la densidad del aire.
4.3.1.4. Temperatura de auto ignición o autoencendido
Es la mínima temperatura, a presión de una atmósfera, a la que un gas
inflamable o mezcla de aire-vapor en contacto con el aire arde
espontáneamente o es calentado en su superficie sin necesidad de una
fuente de ignición.}
A esta temperatura se alcanza la energía de activación suficiente para
que se inicie la reacción de combustión. Los vapores y gases arderán
espontáneamente a una temperatura más baja en oxígeno que en el aire. La
temperatura de autoignición puede disminuir sustancialmente ante
atmósferas ricas en oxígeno y ante presiones elevadas.
102
4.3.1.5. Límite de inflamabilidad Límites de concentración superior e inferior de un gas inflamable, sobre
o debajo de los cuales no ocurre propagación de la llama en contacto con
una fuente de ignición. Los límites inflamables son calculados a temperatura
y presión ambiente en el aire. [14]
4.3.2. Análisis de las propiedades fisicoquímicas del GNV como combustible
Si se analizan con cuidado las propiedades del GNV se puede constatar
que este posee muchas de las características ideales de un combustible de
uso automotor; su estado gaseoso, su composición con menor contenido de
carbono, su alto número de octano (menor tendencia al auto encendido) y su
combustión más limpia, son condiciones que lo hacen adecuado para
utilizarse en motores de combustión interna y atractivo para el ambiente por
sus menores emisiones contaminantes.
A pesar de esta dificultad, el uso del GNV en el sector automotor se ha
difundido ampliamente en muchas regiones mediante una industria dedicada
a la adaptación de los motores de gasolina y diesel para que utilicen gas
natural, ya que estos son una buena alternativa para sustituir combustibles
tradicionales por razones económicas y ambientales.
4.3.2.1. Propiedades físico químicas de ambos combustibles Para evaluar y analizar las consecuencias del uso del gas natural en el
desempeño de los vehículos, es preciso entender la influencia de las
103
características físico-químicas del GNV sobre los procesos de combustión
que se producen en el interior de los motores.
A continuación se explican las características principales del gas natural
y se hace un paralelo con la gasolina, de modo que se puedan establecer
diferencias, ventajas o desventajas que implica el uso de un combustible
frente a otro. Es importante tomar en consideración que la condición ideal
para aprovechar todas las ventajas del hidrocarburo gaseoso es que se
utilice en un motor diseñado conforme a sus propiedades.
Desafortunadamente, y aunque existen desarrollados vehículos para el uso
exclusivo del GNV, estos no se han producido en la misma escala que los
motores de gasolina se han convertidos al sistema dual.
En esencia, la gasolina, es una mezcla de hidrocarburos, que incluye
componentes aromáticos, nafténicos y parafínicos. Típicamente contiene
hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono, como se observa en la figura
4.23. Como resultado de una combustión incompleta pueden formarse
compuestos parcialmente oxidados de alta complejidad y muy
contaminantes.
Figura 4.23. Relación Carbono-Hidrógeno.
104
En la figura 4.23. se observa la relación carbono/hidrógeno para el gas
natural y para la gasolina. Dada la composición química simple del GNV
(compuesto principalmente por metano), se puede visualizar un solo átomo
de carbono, de modo que al ocurrir la combustión esta es más completa que
para el caso de la gasolina, libre de hollín y con menos producción de
contaminantes como monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados,
dióxido de carbono (principal generador del efecto invernadero) entre otros
elementos. Por el contrario, la gasolina al ser una molécula más compleja,
origina luego de la combustión la producción de estos y otros contaminantes
en mayor proporción.
Para analizar la factibilidad del uso de un combustible con respecto a
otro, se compararon sus propiedades fisicoquímicas desde dos puntos de
vista, en cuanto a los parámetros que afectan la eficiencia térmica de los
motores y con respecto a los factores que limitan la seguridad, tabla 4.3.
105
Tabla 4.4. Comparación de algunas propiedades fisicoquímicas de la gasolina y el GNV.
La relación de compresión en un motor de combustión interna define el
rendimiento térmico del mismo, es decir, el grado de aprovechamiento de la
energía del combustible. Este aprovechamiento aumenta al aumentar la
compresión, ventaja que beneficia en mayor grado al GNV, que además de
poseer un elevado número de octano, presenta la característica atractiva de
ceder volumen, por lo tanto se aprovechará en mayor proporción la cantidad
de energía liberada (poder calorífico).
Al comparar este valor con la gasolina se observa que es un poco
menor, dado que la mezcla aire gasolina es menos compresible, por lo que
su valor energético aprovechable disminuye.
106
Lo anterior conlleva a evidenciar que el poder calorífico de la mezcla
GNV-aire es mayor en comparación con el generado por la mezcla Gasolina-
aire, pero existe una desventaja a tomar en consideración y es que los
motores que han sido convertidos al sistema dual fueron diseñados para
trabajar exclusivamente con gasolina, por lo tanto no se logrará aprovechar
toda la energía del GNV debido a que la relación de compresión estará
limitada por el nivel que requiera la gasolina durante su proceso de
combustión y, en consecuencia, solo se logrará un mayor eficiencia térmica
(y un mayor poder calorífico) si se trata de un vehículo dedicado.
El índice de octano es un número usado para medir y comparar las
características antidetonantes de combustibles para motores. Entre mayor es
el número, mayor la capacidad antidetonante del combustible. Como se
muestra en la tabla 4.4 el índice de octano del gas natural (125-130) es
mayor que el de la gasolina (91-95) por lo que permite un mayor avance del
encendido sin detonación o cascabeleo, que permite a su vez una mejor
combustión en el motor sin riesgo de daño.
Para aumentar al máximo la eficiencia térmica del motor se requeriría
emplear una elevada relación de compresión. En este caso la temperatura de
la mezcla combustible- aire tendería a elevarse por encima de la temperatura
de autoignición del combustible, lo que originaría la detonación de la mezcla
y graves averías en el motor.
Las mejoras en la eficiencia del motor se logran empleando
combustibles con un mayor número de octano, debido a que estos presentan
una mayor resistencia a detonar prematuramente a la hora de ser
comprimidos dentro de la cámara de combustión, esto para favorecer la
107
deflagración y no la detonación del combustible. El GNV al presentar un
mayor número de octano en comparación con la gasolina, representa un
combustible muy atractivo para utilizarlo sin riesgo de daños en el motor.
Un vehículo dedicado al uso exclusivo del GNV como combustible, está
diseñado para aprovechar lo mejor de las excelentes propiedades del gas
natural, es decir, presentará una mayor relación de compresión y logrará una
mejora en el compartimiento y consumo del combustible. Por el contrario,
para el caso de vehículos convertidos al sistema dual, estas mejoras
dependerán en gran medida del diseño del vehículo, del tipo de motor, del
equipo de conversión usado y como se encuentre instalado.
La relación estequiométrica es la relación ideal de mezcla aire-
combustible para la cual todo el oxígeno y todo el combustible se utilizan en
el proceso de combustión. El que la relación ideal aire combustible para el
gas natural (17,4/1) sea superior al de la gasolina (14,64/1) significa que se
requiere más aire para quemar completamente una libra de gas natural que
para quemar una libra de gasolina. Como la combustión completa es un
proceso ideal y siempre habrá mayor o menor cantidad de aire que lo
expresado en la relación anterior, se originarán ciertos contaminantes como
CO2, CO, SOx, NOx, hollín, hidrocarburos en la combustión incompleta de la
gasolina, y en menor proporción CO2, CO, NOx e hidrocarburos no quemados
en la del GNV, por tratarse de una molécula mas simple y con mayor número
de átomos de hidrógeno.
La cantidad de aire requerida para quemar un volumen de combustible
es crítica para la operación del motor. La cantidad de aire que un cilindro del
motor puede tomar está limitada por el desplazamiento y el rendimiento
volumétrico del cilindro. En un motor, se puede limitar la cantidad de aire
108
tomada en un cilindro cerrando la válvula estranguladora del acelerador, pero
no se puede aumentar la cantidad de aire tomada más allá de los límites
físicos del cilindro. Además, a medida que se requiere más aire para quemar
un combustible, el volumen de combustible factible de introducir en el cilindro
se reducirá proporcionalmente.
De acuerdo con lo anterior, físicamente el volumen de gas que se
podría introducir en un cilindro será menor que el de gasolina, ya que
requiere más aire para quemar el combustible, lo que genera menos cantidad
de combustible y por lo tanto pérdidas de potencia en el motor. La cantidad
de pérdida de potencia por el uso de gas natural en reemplazo de la gasolina
está entre el 10 y el 20%, rango que no es percibido por el conductor,
excepto en una operación de carga muy pesada y/o en operación con el
acelerador completamente abierto.
Hay que tomar en consideración que todo el sistema donde se maneje
gas natural debe construirse y mantenerse de acuerdo a especificaciones
rigurosas para asegurar su control, ya que en el caso de una fuga en un
lugar confinado, puede existir riesgo de explosión si se dan las condiciones,
por ende por su característica de ser tan liviano, se invierte un capital muy
elevado en sistemas de control para garantizar la seguridad dentro de los
vehículos. Las siguientes propiedades nombradas a continuación son
consideradas como parámetros de seguridad a tomar en consideración
cuando se trata con GNV como combustible.
El gas natural por ser un combustible gaseoso más liviano que el aire
(con densidad relativa 0,56-0,60), se disipa rápidamente en él, y tiende a
subir y difundirse en la atmosfera en caso de un escape de los diferentes
sistemas en un vehículo, en una estación de servicio o en una línea de
109
conducción. Por el contrario la gasolina es más densa que el aire (con
densidad relativa de 3,9), los vapores de esta son aproximadamente 5 veces
más pesados y en caso de fuga tiende a depositarse en el punto más bajo
del área, creando enormes riesgos de explosión en lugares pocos ventilados.
Esta propiedad es determinante para afirmar que el GNV es uno de los
combustibles más seguros, lo que lo hace atractivo a la hora de escoger
combustibles alternativos.
Además de la seguridad que implica el hidrocarburo debido sus
características fisicoquímicas, el nivel de control de seguridad implementado
debido a la existencia de una normativa técnica rigurosa, y un adecuado
cumplimiento mediante verificación periódica obligatoria de la instalación de
gas en el vehículo, hacen que el GNV sea un combustible privilegiado en
países con grandes reservas probadas de gas.
Como se puede observar en la tabla 4.4, el GNV posee una
temperatura de autoignición (650-700oC) más elevada que la de los
combustibles líquidos, resultando en una reducción notable del peligro de
inflamación accidental. Esto quiere decir que para que el GNV arda
espontáneamente sin necesidad de una fuente de ignición, requiere
aproximadamente el doble de la temperatura que se requeriría para inflamar
la gasolina, es decir, el GNV requiere mayor temperatura que la gasolina
para una ignición espontánea en el aire, lo que le aporta también un nivel
superior de seguridad en comparación con los combustibles líquidos. Como
consecuencia, la gasolina requiere de una mayor inversión en sistemas de
control para prevenir derrames inesperados.
Otra desventaja que presenta la gasolina en comparación con el GNV
es que al poseer una temperatura de autoignición menor, dentro de la
110
cámara de combustión generará con mayor facilidad problemas de
cascabeleo en el motor debido a la detonación prematura, tal como se
explico anteriormente.
Los combustibles poseen una característica intrínseca relacionada con
el porcentaje de mezcla con el aire para que se produzca el fenómeno de
combustión. Con respecto al GNV como se observa en la tabla 4.4 sus
límites varían entre 5 y 15% de contenido de gas mezclado con aire. Al
analizar esto se puede constatar que se requieren mayores volúmenes de
GNV para formar una mezcla dentro del rango de combustión, en
contraposición se encuentra la gasolina, debido a que es más probable la
formación de mezclas inflamables aire-gasolina con menos volúmenes de
combustible líquido, esto considerando una comparación entre volúmenes
idénticos de mezclas. Es decir, se requiere un mayor volumen de GNV para
realizar la misma combustión dentro del motor lo que ocasiona la necesidad
de reponer mayor cantidad de veces el tanque cuando se utiliza GNV como
combustible.
El GNV como se muestra en la tabla 4.4 requiere presiones de
almacenamiento en el orden de los 3.000 psi, en cilindros a alta presión,
resultando imposible el ingreso de aire que pueda dar origen a una mezcla
explosiva dentro del cilindro de almacenamiento. Por el contrario los
combustibles líquidos se almacenan a presión atmosférica en tanques que
permiten, por el sistema de venteo, el ingreso de aire. Este aire en conjunto
con los vapores del combustible, constituye una peligrosa mezcla explosiva.
Los cilindros para GNV están diseñados, desarrollados y probados bajo
rigurosas normas de seguridad, donde cada uno esta capacitado para tolerar
impactos más fuertes que cualquier colisión que pudiera ocurrir. Así mismo
son sometidos a presiones excesivas, calentamiento, entre otras condiciones
111
extremas, para dar plena confianza de que es, sin duda, una unidad de
almacenamiento completamente segura, tanto para la vida de quienes se
trasladan como para los vehículos.
Al almacenar el GNV a una presión mucho mayor a la presión
atmosférica, obviamente el volumen que ocupa en tanques a la misma
capacidad es mayor para el GNV al compararlo con la gasolina, esto debido
a su característica atractiva de ceder volumen. Para comparar la autonomía
del combustible gaseoso con la gasolina es necesario analizar la figura 4.24.
Figura 4.24. Comparación entre la autonomía del GNV y la gasolina.
La equivalencia aproximada entre ambos combustibles es de 1,2 litros
de gasolina por m3 de GNV a presión atmosférica. En las estaciones de
servicio se autoriza a expender gas a una presión máxima de 3000 psi, por lo
que en un pequeño tanque se puede cargar un gran volumen de gas. En un
112
tanque de 40 litros se podrían almacenar 10 m3 de GNV comprimido a 3000
psi, lo que generaría un consumo en equivalencia a gasolina de 12 litros (10
m3 de GNV rinden 12 litros de gasolina). Entonces para alcanzar la misma
autonomía de la gasolina se requerirían tres cargas y media de GNV. Del
mismo modo, se observa que para recorrer 400 Km, se necesitan 40 litros de
gasolina. Ahora, para tan solo recorrer 100 Km, se requieren los mismos 40
litros pero ahora almacenando GNV presurizado (10 m3).
A manera de condensar la información citada anteriormente, se
presenta la tabla 4.5. referente a las ventajas y desventajas de cada uno de
los combustibles estudiados.
113
Tabla 4.5. Comparación de las propiedades fisicoquímicas para el GNV y la gasolina.
4.4. Comparación de las emisiones de escape de la gasolina con los generados con el empleo del gas natural vehicular
Actualmente, la estimación de emisiones de fuentes vehiculares
representa un reto en cuanto a que estas varían dependiendo de numerosos
factores y, a diferencia de las fuentes puntuales, no es factible medir las
emisiones provenientes de cada una de las fuentes móviles, debido a la gran
114
cantidad y variedad de vehículos en circulación. Sin embargo se pueden
hace
s por los autos, las
leyes requieren que muchos vehículos sean chequeados para determinar si
4.4.1
e onda larga escape al espacio exterior; dado que se produce
más calor y puede escapar menos, la temperatura global de la Tierra
aume
cerca de 1°C. Algunos científicos han predicho que el aumento de la
r estimaciones en cuanto a estas.
Las emisiones de escape contribuyen a la polución existente en la
atmósfera. Para reducir las emisiones que son despedida
las emisiones se encuentran dentro de los estándares.[15]
. Emisiones peligrosas producidas por combustibles fósiles Uno de los impactos que el uso de combustibles fósiles ha producido
sobre el medio ambiente terrestre ha sido el aumento de la concentración de
dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. La cantidad de CO2 atmosférico
había permanecido estable, aparentemente durante siglos, en unas 260 ppm
(partes por millón), pero en los últimos 100 años ha ascendido a 350 ppm. Lo
significativo de este cambio es que puede provocar un aumento de la
temperatura de la Tierra a través del proceso conocido como efecto
invernadero. El dióxido de carbono atmosférico tiende a impedir que la
radiación d
nta.
Un calentamiento global significativo de la atmósfera tendría graves
efectos sobre el medio ambiente, aceleraría la fusión de los casquetes
polares, haría subir el nivel de los mares, cambiaría el clima regional y
globalmente, alteraría la vegetación natural y afectaría a las cosechas. Estos
cambios, a su vez, tendrían un enorme impacto sobre la civilización humana.
Desde 1850 se ha producido un aumento medio en la temperatura global de
115
concentración en la atmósfera de CO2 y otros "gases invernadero" provocará
que las temperaturas continúen subiendo. Las estimaciones van de 2 a 6 ºC
para mediados del siglo XXI.[16]
4.4.1.1. Emisiones producidas por la gasolina
lemento indispensable para producir la combustión de la mezcla.
es de escape emitidos por un vehículo cuyo
combustible es gasolina.
El aire está compuesto básicamente por dos gases: nitrógeno (N2) y
oxígeno (02). En un volumen determinado de aire se encuentra una
proporción de nitrógeno (N2) del 79 % mientras que el contenido de oxígeno
es aproximadamente de un 21%. El nitrógeno durante la combustión, en
principio, no se combina con ningún elemento y tal como entra en el cilindro
es expulsado al exterior sin modificación alguna, excepto en pequeñas
cantidades, para formar óxidos de nitrógeno (NOx). El oxígeno es el
e
A continuación, en la figura 4.25, se visualiza la composición
aproximada de los gas
Figura 4.25. Composición de los gases de escape de la gasolina.
116
A. Descripción de las emisiones producidas en la tubería de escape
El motor de combustión interna, por su forma de funcionar, no es capaz
de quemar de forma total el combustible en los cilindros. Pero si esta
combustión incompleta no es regulada, mayor será la cantidad de sustancias
nocivas expulsadas en los gases de escape hacia la atmósfera. Dentro de
los gases generados en la combustión, hay unos que son nocivos para la
salud y otros no, figura 4.26.
Figura 4.26. Combustión de la mezcla y emisiones de escape. A.1. Nitrógeno (N2)
El nitrógeno es un gas no combustible, incoloro e inodoro, se trata de
un componente esencial del aire que respiramos y alimenta el proceso de la
combustión conjuntamente con el aire de admisión. La mayor parte del
nitrógeno aspirado vuelve a salir puro en los gases de escape; sólo una
pequeña parte se combina con el oxígeno O2 (óxidos nítricos NOx).
117
A.2.Oxígeno (O2)
Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente más
importante del aire que respiramos (21 %). Es imprescindible para el proceso
de combustión, con una mezcla ideal el consumo de combustible debería ser
total, pero en el caso de la combustión incompleta, el oxigeno restante es
expulsado por el sistema de escape.
A.3. Agua (H2O)
Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se produce con
motivo de la combustión “fría“(fase de calentamiento del motor). Es un
subproducto de la combustión y es expulsado por el sistema de escape del
vehículo, se lo puede visualizar sobre todo en los días mas fríos, como un
humo blanco que sale por el escape, o en el caso de condensarse a lo largo
del tubo, se produce un goteo. Es un componente inofensivo de los gases de
escape.
A.4. Dióxido de carbono (CO2)
Es un gas incoloro, no combustible, se produce al quemar un
hidrocarburo, como es el caso de la gasolina. El carbono se combina durante
esa operación con el oxígeno aspirado. El dióxido de carbono CO2 a pesar
de ser un gas no tóxico para la salud, reduce el estrato de la atmósfera
terrestre que suele servir de protección contra la penetración de los rayos UV
(la tierra se calienta). Las discusiones generales en torno a las alteraciones
climatológicas producto de las emisiones de escape (efecto invernadero), se
ha hecho consciente en la opinión pública.
118
A.5. Monóxido de carbono (CO)
Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico, se produce
con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienen
carbono. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es
mortal, incluso en una baja concentración en el aire que respiramos. En una
concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando
dióxido de carbono CO2.
A.6. Óxidos nítricos (NOx)
Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2, por ejemplo NO,
NO2, N2O. Los óxidos de nitrógeno se producen al existir una alta presión,
alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. El
monóxido de nitrógeno (NO), es un gas incoloro, inodoro e insípido. Al
combinarse con el oxigeno del aire, es transformado en dióxido de nitrógeno
(NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, provoca una fuerte
irritación de los órganos respiratorios.
Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen
conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos
nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce
temperaturas más altas. Estas altas temperaturas generan a su vez una
mayor emisión de óxidos nítricos.
A.7. Dióxido de azufre (SO2)
Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible, que propicia las
enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene sólo en una medida
119
muy reducida en los gases de escape. Si se reduce el contenido de azufre en
el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre.
A.8. Hidrocarburos
Son restos no quemados del combustible, que surgen en los gases de
escape después de una combustión incompleta. Esta combustión incompleta
puede ser debido a la falta de oxigeno durante la combustión (mezcla rica) o
también por una baja velocidad de inflamación (mezcla pobre), por lo que es
conveniente ajustar la riqueza de la mezcla.
A.9. Las partículas de hollín
Son generadas en su mayor parte por los motores diesel, se presentan
en forma de hollín o cenizas. Los efectos que ejercen sobre el organismo
humano todavía no están aclarados por completo.
B. Tipos de emisiones emitidas por la gasolina
Las emisiones producidas por un vehículo que utilizan gasolina como
combustible, se distribuyen entre dos categorías distintas:
B.1. Descripción de las emisiones evaporadas
Estas son producidas por la evaporación del combustible, y son también
otro gran factor para la creación del smog urbano puesto que sus moléculas
son de un peso molecular alto y tienden a estar más cerca del nivel del suelo.
La gasolina tiene a evaporarse en algunas de estas formas.
120
B.2. Ventilación del tanque de gasolina
El proceso de calentamiento del vehículo y aumento de temperatura
desde las bajas temperaturas de la noche hacia las más altas durante el día
hacen que la gasolina en el tanque se evapore, aumentando la presión de
vapor dentro del tanque para igualar la presión atmosférica. Esta presión
debe ser liberada y antes de los controles de emisión de gases, estos gases
eran simplemente liberados a la atmósfera.
B.3. Pérdidas y fugas
El escape de los vapores de la gasolina desde el motor caliente.
B.4. Pérdidas de recargas Este causa especialmente una gran cantidad de emisiones de vapores
de hidrocarburo. El espacio desocupado dentro del tanque del vehículo es
ocupado por los gases, por lo tanto, a medida que el tanque se va llenando
de gasolina, estos gases son desplazados y forzados a salir a la atmósfera.
En adición a esto, hay pérdidas por evaporaciones posteriores y riegos de
gasolina.
4.4.2. Emisiones producidas por el GNV
4.4.2.1. Descripción de las emisiones producidas en la tubería de escape
La composición química del gas natural es la razón de su amplia
aceptación como el más limpio de los combustibles fósiles. En efecto la
121
mayor relación hidrógeno/carbono en la composición del gas natural, en
comparación con la de otros combustibles fósiles, hace que en su
combustión se emita menos dióxido de carbono por unidad de energía
producida.
La combustión del gas natural, compuesta principalmente por metano,
produce un 25% de CO2 que los productos petrolíferos y un 40% menos de
CO2 que la combustión del carbón por unidad de energía producida. Se
atribuye al CO2 el 65% de la influencia de la actividad humana en el efecto
invernadero, y al metano el 20% de dicha influencia.
La mayor parte del CO2 emitido (75%-90%) es producido por la
combustión de combustibles fósiles. Sin embargo, las emisiones de metano,
son producidas en su mayoría por la ganadería y la agricultura, las aguas
residuales, y las actividades relacionadas con los combustibles fósiles. A las
empresas que distribuyen gas natural les corresponde menos del 10% de las
emisiones de metano a la atmósfera, cifra que cada año se va reduciendo
por las medidas que han adoptado las empresas como renovación de
tuberías antiguas, recuperación de venteo de gas, entre otros.
Durante la combustión de combustibles líquidos, se emanan residuos
sólidos y gases tóxicos, como hollín, CO2, SOX, NOX. El sector de transporte
es la principal fuente de estos gases y presentan un incremento continuo en
partículas en las zonas urbanas, los cuales influyen directamente sobre la
salud pública.
Estos gases propician la contaminación atmosférica, algunas áreas
urbanas presentan la formación de niebla tóxica, en la época calurosa y lluvia
ácida en la temporada húmeda. Además los gases como el CO2 y el NOx han
122
sido clasificados como unos de los principales agentes en el calentamiento
global.
La sustitución de la gasolina por otros combustibles fósiles para
automóviles por el gas natural como carburante, disminuye en gran magnitud
las emisiones tóxicas y la generación de partículas sólidas, como el hollín,
son nulas, es decir, el empleo del GNV en el parque automotor minimiza las
emisiones tóxicas, generando un impacto positivo en la calidad del aire de
las ciudades con alta densidad automotriz.
4.4.2.2. Emisiones de escape del GNV
La última generación de kits de conversión (presión positiva)
interactúan con el control del microprocesador del motor y los sistemas de
control de emisiones, esto con el fin de modular la alimentación del gas
natural dentro del motor para optimizar los niveles de potencia y emisiones,
antes de sacar el vehículo convertido en circulación.
A. Analizador de emisiones de gases después del proceso de conversión del vehículo
El analizador de gases de escape es un instrumento para determinar
las emisiones en forma conjunta de monóxido de Carbono (CO), dióxido de
Carbono (CO2), Oxígeno (O2) e hidrocarburos (HC). Este equipo posee una
punta de muestreo para recoger la muestra del gas de escape; una
manguera conectada a una sonda de muestreo para permitir el transporte
del gas a través del instrumento; una bomba para impulsar los gases a través
del instrumento; un separador de agua para prevenir la condensación de
agua en el instrumento; un filtro para remover las partículas que podrían
123
causar contaminación en los elementos sensitivos del instrumento; puertos y
filtros para introducir aire ambiental y gas de calibración cuando es requerido
por la tecnología utilizada.
Adicionalmente, posee dispositivos de detección para analizar la
muestra de gases y obtener la fracción volumétrica de algunos de sus
componentes; un sistema para procesar la señal y un dispositivo de
indicación que permita visualizar los resultados de una medida; un dispositivo
de control para iniciar y verificar la operación del instrumento y un dispositivo
de ajuste manual, semiautomático o automático para fijar parámetros de
funcionamiento del instrumento dentro de los límites preestablecidos
Este equipo permite realizar estudios para determinar si el auto
convertido arroja emisiones por debajo del límite establecido en la norma
COVENIN 3568-2, tal como se puede observar en la tabla 2.2, capítulo 2.
4.4.2.3. Comparación de las emisiones del GNV y la gasolina En el mundo, la quema de combustibles fósiles es la causa principal de
las emisiones de los gases de efecto invernadero, que en escala global
provocan el calentamiento del planeta.
A la hora de seleccionar un combustible se deben considerar aspectos
relacionados con la emisión de agentes polucionantes, de manera que luego
del proceso de combustión se emitan menos contaminantes por unidad de
energía producida.
La composición química del gas natural es la razón de su amplia
aceptación como el más limpio de los combustibles fósiles. En efecto la
124
relación carbono/ hidrógeno en la composición del gas natural, en
comparación con la de otros combustibles fósiles, hace que en su
combustión se emita menos CO2, quien es el principal contribuyente del
efecto invernadero.
A continuación se presenta una comparación de la reducción de las
emisiones del GNV respecto a las producidas por la gasolina.
El GNV como cualquier otro combustible produce CO2, sin embargo
debido a la alta proporción de hidrógeno/ carbono en sus moléculas, sus
emisiones son entre 20% a 25% inferiores con respecto a las de los motores
de gasolina, así como se muestra en la figura 4.27.
Figura 4.27. Comparación de las emisiones del GNV con respecto a la
gasolina.
Cuando la combustión del carbono no es completa se produce
monóxido de carbono (CO). Este efecto se pronuncia más cuando el
125
combustible posee un alto porcentaje del elemento carbono como es el caso
de la gasolina; por el contrario el GNV al poseer un solo átomo de carbono,
emite hasta un 80-90% menos del contaminante.
Si bien los vehículos a gas natural sí emiten metano, que es precursor
de los gases de efecto invernadero, cualquier pequeño aumento en
emisiones de metano estará más que compensado con la reducción
sustancial de las emisiones de CO2 en comparación con otros combustibles.
La naturaleza gaseosa del GNV permite alcanzar una mezcla más
perfecta con el aire de combustión, lo que conduce a procesos de
combustión más completa con menores excesos de oxígeno, por lo que el
GNV genera menos emisiones de NOx en comparación con la gasolina.
A elevadas temperatura de la llama, el nitrógeno que forma parte del
combustible y el nitrógeno del aire, pueden combinarse con el oxígeno para
formar óxidos de nitrógeno. Así como se evidencia en la figura 4.27, las
emisiones de óxidos de nitrógeno son aproximadamente 50 a 70% menores
que cuando se utiliza la gasolina como combustible automotor.
Los óxidos de azufre son los principales causantes de la lluvia ácida,
junto con los óxidos de nitrógeno. Según la norma COVENIN 3568-2, el
contenido de azufre del GNV es inferior a 12 ppm, en forma de odorizante,
por lo tanto la emisión del SOx en su combustión es muchísimo menor al
compararlo con el combustible líquido en estudio, es decir, en línea general
no representa un peligro potencial en la generación de la lluvia ácida.
De igual manera, la cantidad de hidrocarburos sin quemar es
relativamente pequeña al utilizar GNV como combustible, viéndose reducidas
126
notablemente entre un 30-40% en comparación con las emisiones generadas
con el hidrocarburo líquido, esto debido a la formación de mezclas más
homogéneas con el aire y como consecuencia combustiones mas
completas.[11]
115
CONCLUSIONES
1. Actualmente el gas natural vehicular no se considera como
combustible preferencial en Venezuela.
2. El gas constituye un recurso energético que posee ventajas
ambientales, técnicas y económicas con respecto a los combustibles
líquidos.
3. El programa de sustitución de gasolina por gas natural en vehículos
contribuirá a mejorar la calidad del aire en ciudades con alta
densidad vehicular
4. El uso de GNV en el mercado interno, libera grandes volúmenes de
combustibles líquidos que traerán ingresos al país, necesario para
invertir en desarrollo social.
5. La abundancia de reservas de gas asegura la participación de
Venezuela en el mercado energético, más allá del año 2050.
6. Venezuela usa tecnología de punta para realizar las conversiones
de los automóviles al sistema dual.
7. El suministro de GNV es gratuito hasta que culmine el proyecto de conversión gratuita implementado por PDVSA.
8. La conversión de vehículos es gratis, para ello se dispone de
centros de conversión a nivel nacional. 9. Por ser un combustible limpio no produce hollín ni mugre. Por lo
tanto, los equipos en que se usa como combustible no requieren
mantenimiento especial.
10. El GNV por tener una combustión más completa que la gasolina, se
produce una reducción de emisiones de gases contaminantes a la
atmósfera.
11. Los estudios de este proyecto, estimulan el alza del precio de la
gasolina para incrementar el uso de esta tecnología en Venezuela.
116
12. A través de este estudio se determino que el GNV es factible desde
el punto de vista de eficiencia, seguridad y protección al ambiente.
RECOMENDACIONES
13. Incrementar el número de estaciones de servicio que operen con GNV.
14. Establecer un plan de educación a la población, mediante campañas
publicitarias que permita dar a conocer los beneficios del GNV como
combustible automotor.
15. Se debe iniciar un aumento en el precio de la gasolina para estimular
el uso de GNV.
16. Aumentar la demanda de gas a venta ya que actualmente hay déficit
de gas en el país.
17. Explotar yacimientos de gas no asociado.
BIBLIOGRAFIA
1. Mosquera J y Henao S. “Análisis de emisiones de CO2 para diferentes combustibles en la población de taxis en Pereira y Dosquebradas”. Informe técnico presentado a: La universidad
tecnológica de Pereira (2010).Disponible en: http://www.utp.edu.co
2. 2. Marín I y Rivero A. “Estudio de la factibilidad basándose en un análisis técnico-económico, de impacto ambiental para la implementación de Gas Natural Vehicular (GNV) en el estado Anzoátegui”. Trabajo de grado UDO, ingeniería de petróleo, Puerto
La Cruz (2005).
3. 3. Rodríguez E y Mejías K. “Situación actual del proyecto de gas natural par Vehículos y perspectivas de implantación en las diferentes regiones de país”. Trabajo de grado UDO, ingeniería de
petróleo, Puerto La Cruz (2005).
4. Pino, Fernando. “Curso de Gasotecnia”. Unidad I. Escuela de
ingeniería de petróleo, UDO Monagas.
5. PDVSA. “Capacitación para instaladores de equipos de conversión a gas natural”. Editorial por la gerencia de gas natural
vehicular región oriente (2001).
6. LAGOVEN S.A. “El pozo ilustrado”. Fondo editorial de centro
internacional de educación y desarrollo (FONCIED).Cuarta edición.
Caracas (1998).
7. Sena. “Gas natural comprimido vehicular GNC, operador de
estación de servicio” (2002). Disponible en:
116
http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ciencias/sena/mecanica/gas-
operador-de-estacion/gvasope3e.htm
8. La prensa web. “Venezuela y el protocolo de Kioto” (2001).
Disponible en:
http://www.mensual.prensa.com/mensual/contenido/2001/07/21/hoy/nego
cios/99168.html
9. RADIO NACIONAL DE VENEZUELA. “Venezuela se sumo al protocolo de Kioto”. (2004). Disponible en:
http://www.rnv.gob.ve/noticias/index.php?act?ST&f?2&t=10086
10. Agas21. “El GNC en el mundo” (2011). Disponible en:
http://www.agas21.com/spa/item/ART00082.html
11. OilWatch Sudamérica. “Proceso de ampliación del GNV (Gas
Natural Vehicular) en America Latina” (2010). Disponible en:
http://www.oilwatchsudamerica.org/Lo-Nuevo/regional-proceso-de-
ampliacion-del-gnv-gas-natural-vehicular-en-america-lati-na.html
12. GNV Magazine. “Situación actual del gas natural vehicular en
Venezuela” (2011). Disponible en:
http://www.gnvmagazine.com/noticia-
situacion_actual_del_gas_natural_vehicular_en_venezuela-1945
13. Cámara Peruana de Gas Natural Vehicular. “Desarrollo del GNV en
el Mundo”. Disponible en:
http://www.cpgnv.org.pe/estadistic02.htm
14. AGA. “Límites de inflamabilidad”. Disponible en:
117
http://www.aga.com/International/SouthAmerica/WEB/sg/HiQGloss.nsf/
Index/FLAMMABLE_LIMITS_?open&lang=en,es,pt
15. Bien simple. “Emisiones de escape”
http://comunidad.biensimple.com/automoviles/w/automoviles/Como-
chequear-las-emisiones-de-escape.aspx
16. Monografías. “Emisiones peligrosas producidas por combustibles fósiles”. Disponible en:
http://www.monografias.com/trabajos12/contatm/contatm.shtml
17. Mecánica virtual. “Emisiones producidas por la gasolina”.
Disponible en:
http://www.mecanicavirtual.org/emision-gases-escape.php
http://comunidad.biensimple.com/automoviles/w/automoviles/Como-chequear-las-emisiones-de-escape.aspx
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:
TÍTULO
EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL GAS
NATURAL VEHICULAR COMO UNA ALTERNATIVA
ENERGÉTICA PARA DISMINUIR LA CONTAMINACIÓN
AMBIENTAL POR EMISIONES PELIGROSAS.
SUBTÍTULO
AUTOR (ES):
APELLIDOS Y NOMBRES
CÓDIGO CULAC / E MAIL
Cáceres, Rilimar CVLAC: 18.067.081
E MAIL: [email protected]
Mallón M., Isabella M. CVLAC: 18.211.182
E MAIL: [email protected]
CVLAC:
E MAIL:
CVLAC:
E MAIL:
PALÁBRAS O FRASES CLAVES:
GNV
Gas Natural
Vehículos.
Alternativa
Energética
Contaminación
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:
ÀREA SUBÀREA
Ingeniería Química Ingeniería y Ciencias Aplicadas
RESUMEN (ABSTRACT):
El Gas Natural Vehicular (GNV) es el combustible más económico que se conoce, ya que
no requiere refinación como la gasolina. Desde el año 2006 en Venezuela se está
reconsiderando el GNV como combustible alternativo, para proporcionar al usuario un
sistema alterno de combustible económicamente atractivo y menos contaminante. En este
trabajo, se realizo un estudio sobre la situación actual de Venezuela con el uso de GNV
como combustible con respecto a los demás países del mundo, resultando que el país
cuenta con las mayores reservas probadas de gas en Latinoamérica y como octavo a nivel
mundial. Siguiendo las expectativas de los países pioneros en la utilización del GNV,
Venezuela cuenta con tecnología de punta para realizar el proceso de conversión de los
vehículos al sistema dual (gasolina-GNV), esta tecnología se denomina quinta generación o
presión positiva y trae beneficios como menor pérdida de potencia en el motor, ahorro de
combustible y menos emisiones contaminantes en comparación con la tecnología de tercera
generación. Para evaluar la factibilidad del uso del GNV se estudiaron las propiedades
físicoquímicas tanto de la gasolina como del combustible gaseoso, resultando que el GNV
proporciona mayor relación de compresión y un mayor octanaje y poder calorífico,
haciéndolo más atractivo que el combustible liquido desde el punto de vista de eficiencia y
seguridad. Con respecto a las emisiones de escape, el GNV resulta menos contaminante
que los combustibles fósiles como la gasolina y el diesel, debido a que este está compuesto
principalmente por metano, que es un gas por naturaleza y por ende le permite mezclarse
más fácilmente con el aire para formar mezclas homogéneas, que al quemarse resultan más
inocuas que las originadas por los carburantes líquidos.
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:
CONTRIBUIDORES:
APELLIDOS Y NOMBRES ROL / CÓDIGO CVLAC / E_MAIL
ROL CA AS(X) TU JU(X)
CVLAC:
E_MAIL Avendaño, Isvelia
E_MAIL
ROL CA AS TU JU
CVLAC:
E_MAIL
E_MAIL
ROL CA AS TU JU
CVLAC:
E_MAIL
E_MAIL
ROL CA AS TU JU
CVLAC:
E_MAIL
E_MAIL
FECHA DE DISCUSIÓN Y APROBACIÓN:
2011
AÑO
04
MES
15
DÍA
LENGUAJE. SPA
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:
ARCHIVO (S):
NOMBRE DE ARCHIVO TIPO MIME
Tesis.Factibilidad.GNV.Emisiones.doc Aplication/ msword
CARACTERES EN LOS NOMBRES DE LOS ARCHIVOS: A B C D E F G H I J K
L M N O P Q R S T U V W X Y Z. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z. 0 1
2 3 4 5 6 7 8 9.
ALCANCE
ESPACIAL: ___________________________________ (OPCIONAL)
TEMPORAL: ___________________________________ (OPCIONAL)
TÍTULO O GRADO ASOCIADO CON EL TRABAJO:
Ingeniero Químico
NIVEL ASOCIADO CON EL TRABAJO:
Pregrado
ÁREA DE ESTUDIO:
Departamento de Ingeniería Química
INSTITUCIÓN:
Universidad de Oriente. Núcleo de Anzoátegui
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:
DERECHOS
De acuerdo al artículo 41 del Reglamento de Trabajo de Grado:
“Los Trabajos de Grado son exclusiva propiedad de la Universidad y solo podrán ser
utilizados a otros fines con el consentimiento del Consejo de Núcleo respectivo, quien lo
participará al Consejo Universitario para su autorización”
Cáceres, Rilimar Mallón M., Isabella M.
AUTOR AUTOR
Ing. Isvelia Avendaño
TUTOR/JURADO
Ing. Yraima Salas
POR LA SUBCOMISION DE TESIS
